普車加工梯形螺紋的方法改進(jìn)

何龍

【關(guān)鍵詞】普通車床 梯形螺紋 刀具 加工參數(shù) 改進(jìn)

1. 引言

本人是一名高職學(xué)校的車工實(shí)訓(xùn)教師，在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生在加工梯形螺紋時(shí)容易存在以下幾個(gè)問(wèn)題：（1）加工工時(shí)長(zhǎng);（2）刀具磨損嚴(yán)重，經(jīng)常出現(xiàn)扎刀現(xiàn)象;（3）加工過(guò)程中，切削力較大引起車刀振動(dòng)，造成螺紋兩側(cè)面有振紋;（4）不能更好地控制加工精度，致使工件報(bào)廢。所以本文針對(duì)梯形螺紋在中高職的車工技能實(shí)訓(xùn)中存在著加工精度和刀具穩(wěn)定性方面的原因，導(dǎo)致螺紋加工精度低致使螺紋配合質(zhì)量差的問(wèn)題。結(jié)合國(guó)內(nèi)外梯形螺紋的車削加工現(xiàn)狀進(jìn)行研究和對(duì)刀具結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。從而提高學(xué)生的技能，為社會(huì)制造出更好的產(chǎn)品，改善人們的生活質(zhì)量，然后更好的為社會(huì)服務(wù)。職業(yè)技術(shù)學(xué)校的學(xué)生都迫切渴望能擁有一門技術(shù)，并希望能通過(guò)一門技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)自己的人生價(jià)值。

2. 普通車床加工梯形螺紋的探究分析

傳統(tǒng)的加工方法主要有：斜進(jìn)法和左右車削法，適合較大導(dǎo)程螺紋的粗加工;直進(jìn)法只適合小螺距螺紋加工;車階梯槽法和車直槽法適合較大導(dǎo)程螺紋的粗精加工，但是加工過(guò)程需要把兩把以上的刀具，并且需要進(jìn)行繁瑣的計(jì)算，很可能出現(xiàn)失誤，導(dǎo)致零件報(bào)廢。

已有的螺紋車削研究還主要是針對(duì)于高速車削條件下的加工方法，由于梯形螺桿加工通常采用低轉(zhuǎn)速、大進(jìn)給的切削加工方式，刀具角度又相對(duì)比較成熟，因此需要針對(duì)梯形螺桿刀具材料和結(jié)構(gòu)、加工參數(shù)的設(shè)計(jì)，進(jìn)行探討，來(lái)提高加工效率和表面質(zhì)量。

3. 刀具材料和刀具結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

3.1 刀具材料改進(jìn)

俗話說(shuō)“七分刀具，三分手藝”，刀具對(duì)于加工的意義不言而喻。以往的加工梯形螺紋刀具材料主要采用高速鋼W18Cr4V，這種材料的特點(diǎn)是：可磨性好，適合低轉(zhuǎn)速，加工表面質(zhì)量高但是加工效率低，而且刀具耐磨性差，熱塑性不好。而涂層硬質(zhì)合金材料在數(shù)控車床上加工梯形螺紋應(yīng)用較廣，其具有：適合中高轉(zhuǎn)速、表面質(zhì)量一般但是加工效率高，耐磨性能好等特點(diǎn)。所以在刀具材料上，我們可以充分利用這兩種刀具的優(yōu)點(diǎn)。粗加工過(guò)程中選用硬質(zhì)合金刀具，精加工過(guò)程選用高速鋼刀具。

這樣的結(jié)合使用刀具，既可以保證加工表面的質(zhì)量也可以提高加工效率。在一些學(xué)校我還見到有采用硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行粗精加工，精加工過(guò)程利用離合來(lái)控制車床的低轉(zhuǎn)速。但是這種加工方式很難保證表面質(zhì)量，原因與機(jī)床間隙有很大關(guān)系，由于實(shí)際生產(chǎn)和比賽過(guò)程中必須提高合格率，雖然加工速度提高了，但是合格率很難把握，所以這種加工方法不是很可靠。

3.2 刀具結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

由于梯形螺紋的切削力相對(duì)較大，導(dǎo)致切削過(guò)程中存在刀頭竄動(dòng)，直進(jìn)法切削過(guò)程中，車刀三面切削致使加工表面存在振紋，加工精度低。所以針對(duì)這一問(wèn)題，對(duì)刀具結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。主要是高速鋼刀具的刀具結(jié)構(gòu)改進(jìn)，因?yàn)閿?shù)控刀具的結(jié)構(gòu)相對(duì)比較成熟，穩(wěn)定性又好。高速鋼刀具的改進(jìn)主要考慮兩方面，一是刀頭的裝夾穩(wěn)定性，二是降低車削過(guò)程中的振動(dòng)。所以刀柄上面固定螺釘盡量的加粗，增大刀頭與刀柄的接觸面積，來(lái)增加刀頭的裝夾穩(wěn)定性。同時(shí)彈性刀桿上開了一個(gè)減震的彈簧圈，大大的降低了加工過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)。

4. 加工參數(shù)的設(shè)計(jì)

4.1 加工方法

車削梯形螺紋常用的方法如下：

（1）直進(jìn)法

螺距小于4mm 且精度要求不高的工件，可用一把梯形螺紋刀加工，即每一刀都在橫向進(jìn)給，至牙底。此方法加工時(shí)，螺紋車刀的三個(gè)切削刃同時(shí)參與切削，導(dǎo)致加工排屑困難，切削力和切削熱增加，刀頭磨損相對(duì)嚴(yán)重，容易產(chǎn)生“扎刀”現(xiàn)象，因此不合適大螺距螺紋加工。

（2）斜進(jìn)法

螺紋車刀沿牙型一側(cè)方向斜向進(jìn)刀，至牙底，此方法加工時(shí)，車刀始終只有一個(gè)側(cè)刃切削，排屑較順利，車刀受熱和受力情況有所改進(jìn)，不易產(chǎn)生“扎刀”現(xiàn)象。

（3）左右切削法

用梯形螺紋車刀采用左右切削法加工兩側(cè)面，每側(cè)留0.1 ～ 0.2mm 的精加工余量，并車至螺紋小徑，螺紋車刀分別沿左、右牙型的方向進(jìn)刀，直至牙底。這種方法與斜進(jìn)法類似，利用此方法時(shí)車刀的兩刃都參與切削。

綜上分析：粗加工采用硬質(zhì)合金車刀，直進(jìn)法;精加工采用高速鋼車刀，左右車削法。

4.2 加工參數(shù)設(shè)計(jì)

通過(guò)多年的加工實(shí)踐總結(jié)并設(shè)計(jì)出一套簡(jiǎn)單又高效的加工梯形螺紋的參數(shù)，下面以Tr40×6 為例介紹。

（1）梯形螺紋Tr40×6 的幾何尺寸計(jì)算

梯形螺紋的計(jì)算式及其參數(shù)值：

牙頂間隙ac=0.5mm

大徑（公稱直徑）d=40mm

中徑d2=d-0.5p=37mm

小徑d3=d-2h=40-2×（0.5×6+0.5）=33mm

牙高h(yuǎn)3=0.5p+ac=3.5mm

牙頂寬a=0.366p=2.196mm

牙槽底寬w=0.366p-0.536ac=1.928mm

牙頂槽寬a1=6-2.196=3.804mm

由以上計(jì)算可知：螺紋的牙高為3.5mm、牙頂寬為2.2mm、牙槽頂寬為4.8mm，采用硬質(zhì)合金的數(shù)控刀具車削，直進(jìn)法。粗加工每次進(jìn)給深度的參數(shù)為0.5mm，0.25mm，0.2mm，0.15mm，0.15mm，0.15mm，0.1mm，0.1mm，0.1mm，慢慢遞減直到3.4mm，留0.1mm 的精車余量。機(jī)床的轉(zhuǎn)速在120-150r/min 左右，這樣有利于操作者的控制及保證設(shè)備的安全。由于是數(shù)控成型刀頭，車刀的刀頭寬度都是定值，車出的牙槽底寬也都是定值，然后采用左右借刀法（下面詳細(xì)介紹），確保牙槽頂寬，左右分別留出余量0.2mm 為精車做準(zhǔn)備。

下面詳細(xì)介紹下左右借刀法：用游標(biāo)卡尺測(cè)量牙頂寬，將測(cè)量所得的牙頂寬值減去理論牙頂寬值（W=2.196 ≈ 2.2），再減去兩側(cè)所留的精車余量（0.2 ～ 0.3 左右，精車余量由兩側(cè)面的表面質(zhì)量來(lái)定，表面質(zhì)量比較好時(shí)取0.2mm，表面比較粗糙時(shí)取0.3mm），也就是借刀的余量，將這個(gè)值除以2，就是每側(cè)借刀的量。例如：現(xiàn)測(cè)得牙頂寬為4.2mm，則向左側(cè)借刀量為[（4.2 - 2.2）- 0.3]/2=0.85mm。當(dāng)切削深度為3mm，向左借刀量為0.85mm 加工時(shí)，梯形螺紋刀一個(gè)左側(cè)刃及主切削刃，兩條切削刃在受力，切削力不大。車完左側(cè)，將小滑板先退后進(jìn)（消除空行程）對(duì)應(yīng)地在零線右邊借刀0.85mm 車另一側(cè)（也可分兩至三刀將借刀量0.85mm車完）。

精車采用高速鋼車刀。轉(zhuǎn)速28r/min，精車槽底至尺寸，左右趕刀精車槽的兩側(cè)，確保螺紋中徑尺寸達(dá)標(biāo)。

5. 螺紋精度的控制

5.1 正確調(diào)整機(jī)床

（1）為了提高螺紋精度可以挑選精度較高、磨損較少的車床加工。也可用專用絲桿車床加工精度要求很高的絲桿。

（2）調(diào)整車床各部分的間隙，如各個(gè)滑板塞鐵的配合間隙，開合螺母的燕尾導(dǎo)軌的配合間隙，更要減小機(jī)床主軸的軸向竄動(dòng)、徑向跳動(dòng)和絲杠的軸向竄動(dòng)。

5.2 正確刃磨和裝夾刀具

（1）刀具刀尖角的刃磨與測(cè)量。螺紋車刀的刀尖角大小決定了螺紋的牙型角大小，直接影響著螺紋的精度。由于牙型角對(duì)刀尖角的限制并且刀尖處的面積又比較小，所以刃磨起來(lái)比較困難。為了保證刀尖角的準(zhǔn)確度，在刃磨時(shí)需用角度樣板反復(fù)校對(duì)。

（2）兩側(cè)刃后角的變化及解決方法。車削時(shí)，由于受到螺紋升角的影響，螺紋車刀的側(cè)刃實(shí)際后角發(fā)生了變化。沿走刀方向那一面的后角等于車刀的刃磨后角減去螺紋升角，另一面的后角則要加上螺紋升角。針對(duì)以上特點(diǎn)，可采用一種能轉(zhuǎn)動(dòng)車刀角度的彈性刀架，可以減少車削時(shí)的振動(dòng)以及扎刀現(xiàn)象，但因使用時(shí)刀塊需要轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，使得兩側(cè)刃高低不等，對(duì)螺紋牙型角有影響，故該方法只適用于粗加工。

（3）刀具安裝對(duì)螺紋精度的影響。螺紋車刀的安裝對(duì)螺紋精度也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，如果車刀裝不正則會(huì)導(dǎo)致螺紋半角產(chǎn)生誤差。安裝車刀時(shí)沒有對(duì)準(zhǔn)中心高，則會(huì)導(dǎo)致螺紋牙型角產(chǎn)生誤差，針對(duì)這一問(wèn)題，可以采用螺紋角度樣板來(lái)校對(duì)刀，以保證螺紋車刀尖角的中心線與螺紋工件的軸線垂直。在使用砂輪刃磨車刀的刀尖角時(shí)，確保刀尖角關(guān)于車刀的中心線對(duì)稱，在裝刀時(shí)，用百分表校正車刀左側(cè)非刃磨部分的直線度，即可有效地控制裝刀偏差。

5.3 中徑M 值的控制

梯形螺紋的測(cè)量主要是測(cè)量螺紋大徑、牙型角和中徑。前兩者比較簡(jiǎn)單，在此就不詳細(xì)說(shuō)明，對(duì)于中徑的測(cè)量我們采用的方法是：三針測(cè)量中徑M 值。

在精加工過(guò)程中如何控制好M 值是關(guān)鍵，它能大大提高我們加工螺紋的效率和準(zhǔn)確度，因此需要我們?cè)谄綍r(shí)研究出左右趕刀過(guò)程中，小滑板的進(jìn)給的數(shù)值和中徑M 值之間的關(guān)系。經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試我們找到他們倆之間的關(guān)系。他們的進(jìn)給比例為小滑板趕一格0.05mm，中徑M 值減小0.15mm左右。按照這個(gè)關(guān)系，我們?cè)诳刂浦袕組 值上會(huì)更有把握，從而更好的控制梯形螺紋的加工精度。

6. 結(jié)論

在普通車床上加工梯形螺紋時(shí)，傳統(tǒng)的加工方法存在較大的技術(shù)漏洞，難以保證車削加工的精準(zhǔn)度，亟需進(jìn)行技術(shù)改良。因此，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，為提升車削加工效率和精度，應(yīng)該注重刀具的選擇，同時(shí)優(yōu)化加工方法，提升操作者的整體素養(yǎng)。加強(qiáng)新技術(shù)的學(xué)習(xí)與推廣，應(yīng)該及時(shí)補(bǔ)充新工藝、新方法。