圓柱機頭本體側(cè)面大規(guī)格螺紋孔加工工藝分析

南京藝工電工設(shè)備有限公司 （江蘇 211199） 孫 竹 張偉俊

帶螺紋的異形工件較多，但是加工過程往往是比較復(fù)雜的，在無法使用傳統(tǒng)工藝解決的時候，我們就需要使用新的加工方式進(jìn)行，尤其數(shù)控機床的綜合使用將原本加工的難題變得輕松可靠。

1.擠出包覆機頭結(jié)構(gòu)簡介

電纜外部一般都有塑料或者橡膠的聚合物包裹著，以達(dá)到絕緣或者保護(hù)的功能，而我們公司的產(chǎn)品之一擠出用機頭，就是實現(xiàn)這一層或多層包覆在纜芯表面成型的模具。我們以塑料包覆材料為例，擠出機頭的作用是將擠出機擠出的熔融塑料由螺旋運動變?yōu)橹本€運動，從而達(dá)到進(jìn)一步塑化。在機頭出口部分，由模芯模套之間的型腔控制形成穩(wěn)定的電纜包覆層，如圖1所示。

圖1 常用單層擠出機頭結(jié)構(gòu)

機頭一般由機頭本體、分流體、導(dǎo)膠管及模具等部件組成，常用的單機機頭導(dǎo)膠管與機頭本體間主要采用螺紋聯(lián)接，且端面貼合的密封面要求很好的貼合，防止漏膠，如圖2所示。

隨著機頭的規(guī)格增加，聯(lián)接螺紋的尺寸也隨之增大，這就讓螺紋加工的難度增加。本文就著重對幾種設(shè)計和工藝方法進(jìn)行試驗比較。

圖2 機頭本體與導(dǎo)膠管的聯(lián)接

2.機頭本體分體設(shè)計，螺紋塊成形后焊接

此設(shè)計將機頭本體上的螺紋做成分體式的，成形后焊接，焊接后不再對螺孔進(jìn)行加工處理。如圖3所示。

圖3 焊接螺紋套的機頭本體

將機頭本體與螺紋設(shè)計為兩件的組合，分體加工完成后焊接。機頭本體零件的加工工藝如下：35CrMo鍛件（正火狀態(tài)）、粗車、調(diào)質(zhì)、精車（內(nèi)孔放磨量）、鏜孔等工序，在這個加工過程中，鏜孔是關(guān)鍵工序，有幾個質(zhì)量控制點，如圖4所示，A孔的尺寸、A孔與C孔的同軸度、A孔與B面的垂直度。螺紋套零件的加工工藝為35CrMo圓鋼、粗車、調(diào)質(zhì)、精車、平磨等工序，精車時有幾個質(zhì)量控制點，如圖5所示，螺紋套外圓尺寸（與A孔尺寸采用合適的公差配合）、螺紋與外圓的同軸度、端面與外圓的垂直度，簡單地說，就是在精車時，內(nèi)孔螺紋與外圓、端面一次裝夾車出，注意外圓倒角，防止裝配時干涉，磨工吸基準(zhǔn)面，磨平非基準(zhǔn)面，完成加工。

圖4 本體零件

圖5 螺紋套零件

該設(shè)計方案螺紋的機械加工較為簡單，尺寸也容易保證，但對焊接要求較高，裝配時B面不能存在間隙，焊接過程中也不能有相對運動。但焊接時易發(fā)生變形，往往會導(dǎo)致面不能緊密貼合，存在漏膠的隱患。如問題嚴(yán)重時就需要重新上鏜床，校正螺紋專用工裝后返修B面，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，所以這樣的設(shè)計一般只在小的機頭上偶爾使用，不能滿足設(shè)計需求。

3.機頭本體整體設(shè)計及焊接后加工螺紋

在機頭本體上直接加工側(cè)面進(jìn)膠口螺紋有兩種情況，機頭本體因為壁厚的原因，當(dāng)壁厚不能滿足螺紋旋合長度時，就需要先焊接一個圓柱形座子后進(jìn)行進(jìn)膠口的螺紋加工，如圖6所示。但因為這兩種結(jié)構(gòu)對機械加工的工藝沒有任何影響，這里就不作區(qū)分。本文以加工產(chǎn)品JMD140機頭本體側(cè)面的M110×3大規(guī)格螺紋孔的加工工藝為例，零件尺寸大約外徑350mm，內(nèi)孔240mm，長度500mm，重量200kg左右）。

圖6 機頭本體進(jìn)膠口

（1）T68鏜床加工側(cè)面螺紋 圓柱體側(cè)面孔首先想到的就是鏜床，絕大多數(shù)鏜床都可以鏜削螺紋，鏜床主軸箱后蓋上有一個交換表，需要齒輪架，然后是多種不同齒數(shù)的齒輪，通過齒輪組合能實現(xiàn)鏜桿的導(dǎo)程進(jìn)給，螺紋加工步驟同車床車削螺紋基本相同，但是進(jìn)刀的時候需要調(diào)節(jié)鏜刀桿，我們設(shè)計底孔為直徑60mm通孔，可采用敲刀方式慢慢進(jìn)行。但加工時，如果螺紋深度控制不精確，莫氏錐度刀柄可能會在切削過程中發(fā)生松動等問題。在螺紋規(guī)格種類多的情況下，使用鏜床加工顯得較為復(fù)雜。

（2）CA6163車床加工螺紋 我們將機頭本體側(cè)面的M110×3螺紋在車床上進(jìn)行加工試驗。盡管工件較大，但考慮到車床的操作靈活性，我們選擇了CA6163×2m的車床，還制作了相應(yīng)的工裝，將工件固定在直徑600mm的卡盤上，不使用卡盤爪，直接采用壓板固定的方式，配重校正靜平衡，找正螺紋中心，加工通孔、螺紋等至要求。如圖7所示。

圖7 CA6163車床加工機頭本體裝夾示意

車床加工M110×3螺紋、通孔等尺寸的優(yōu)勢很明顯，裝夾完成校正后，車加工的速度較快，尺寸等方面也加工得比較好，我們完成了一個批次（5件）的零件生產(chǎn)，通常每件零件用于加工螺紋底孔及螺紋的時間在3h左右，零件合格，但效率不高。仔細(xì)分析，還有很多不利因素在里面，需要在車床卡盤上打若干個M20螺孔，進(jìn)行工件或者平衡塊的固定，對卡盤會造成一定的影響；工件較重，在豎直的狀態(tài)下裝夾和校正都有很大的難度。另外，卡盤超負(fù)荷的運轉(zhuǎn)會對車床的齒輪箱有一定的損壞，安全系數(shù)不高。之后也就將這種方式作為應(yīng)急預(yù)案加工一定規(guī)格的機頭，不再作為常規(guī)加工方式加工這樣的螺紋。

（3）CY1060立式加工中心銑螺紋 轉(zhuǎn)變思路，采用新工藝，使用公司的新設(shè)備CY1060立式銑加工中心鏜孔、銑螺紋，利用三軸聯(lián)動使原來車削的螺紋銑削得以實現(xiàn)，裝夾比較簡單，也只需要校正上母側(cè)母，使用V形塊定位壓緊即可加工，或采用卡盤加頂尖的方式同樣可以安全地加工。

刀具的選擇：常用的銑螺紋刀具有兩種，圓盤式單層刃螺紋銑刀、機夾螺紋銑刀及刀片，如圖8所示。圓盤式刀具不存在導(dǎo)程，加工中的螺距是靠機床運動實現(xiàn)，可加工不同螺距螺紋，但不適合較大螺距螺紋的加工，整體結(jié)構(gòu)，價格昂貴。機夾螺紋銑刀適用于較大直徑的螺紋加工，使用中僅需要根據(jù)螺距更換刀片，價格較低。我們選用了機夾螺紋銑刀及螺距為3mm的刀片加工，每片刀片上有4個齒，即銑刀只需圍繞孔中心旋轉(zhuǎn)360°即可完成4圈螺紋加工。

加工軌跡的分析（不詳述底孔加工）：與一般的數(shù)控銑孔一樣，螺紋銑削開始進(jìn)刀時可采用1/4圓弧切入或直線切入，刀具使用轉(zhuǎn)速1000r/min，在X－Y平面上，工作臺是以圓弧為軌跡的運動；在Z方向上，主軸圍繞孔中心運動360°，完成一個螺距3mm的上升或下降，底部為不接觸螺紋。我們選擇了刀具由下向上的Z軸運動。軌跡分析如圖9所示。

圖8 螺紋銑刀選擇

圖9 螺紋銑刀的軌跡分析

具體加工的工位流程為：①螺紋銑刀快速運行至工件安全平面。②銑刀慢速運動到螺紋深度尺寸。③銑刀以圓弧切入螺紋起始點。④銑刀沿螺紋曲線作X、Y方向圓弧插補運動（見圖9a），同時作Z方向上升運動，每繞螺紋軸線運行360°，沿Z方向上升一個螺距，三軸聯(lián)動運行軌跡為一螺旋線（見圖9b），總共行走10個360°，完成10個螺距牙的銑削。⑤螺紋銑刀以圓弧從結(jié)束點退刀。⑥銑刀快速退至工件安全平面。

螺紋銑削編程：M110×3右旋內(nèi)螺紋，材料35CrMo，螺紋直徑110mm，螺紋長度6mm，螺距3mm，機夾螺紋銑刀直徑25mm，切削速度100m/min。軸轉(zhuǎn)速1327r/min，銑刀齒數(shù)1，每齒進(jìn)給量0.1mm，銑刀切削刃處進(jìn)給速度為132.7 mm/min，銑刀進(jìn)給速度103.7mm/min，切入時速度取正常進(jìn)給的30%，這里取31mm/min。FANUC系統(tǒng)銑削程序如下：分兩次切削，粗銑70%，精銑30%。

優(yōu)勢分析：螺紋銑削加工時間約為12min，效率比其他加工方式都高。螺紋銑削加工與其他方式相比，在精度、效率方面有較大優(yōu)勢，且加工時不受螺紋結(jié)構(gòu)和螺紋旋向的限制，如一把螺紋銑刀可加工多種不同直徑、不同旋向的內(nèi)、外螺紋。對于不允許有退刀槽結(jié)構(gòu)的螺紋，采用傳統(tǒng)的車削方法或絲錐很難加工，但采用數(shù)控銑削卻較為容易實現(xiàn)。此外，螺紋銑刀的耐用度也非常高，一個刀片能加工大量的螺紋，且重復(fù)定位精度很高。

4.結(jié)語

我們通過幾種方式的設(shè)計選擇與加工工藝的比較， 在機頭產(chǎn)品的大規(guī)格螺紋加工中，加工中心銑削螺紋是一個新的加工方式，在加工范圍、效率和精度等方面都有著比較好的優(yōu)勢，在實際生產(chǎn)中解決了機頭本體側(cè)面大規(guī)格螺紋的加工難題。