大導(dǎo)程螺紋鏈車削加工刀具理論分析

何小虎， 尚 琪， 趙金寧， 王尊義

（西安航天發(fā)動機(jī)有限公司， 陜西 西安 710000）

引言

液體火箭發(fā)動機(jī)上存在著許多大導(dǎo)程螺紋件，如螺旋套，這些螺紋件為非標(biāo)準(zhǔn)件，具有軸線距離長、導(dǎo)程大、牙型精度和表面粗糙度要求高等特點(diǎn)。采用車削加工會導(dǎo)致轉(zhuǎn)速低、進(jìn)給量大、受力大等，因此車削加工大導(dǎo)程螺紋件對機(jī)床的精度和剛性要求比較高，且切削過程受力大、溫度高，會使刀具加快磨損和變形；整個系統(tǒng)剛性差，會使加工出來的螺紋表面產(chǎn)生震紋和接刀痕，這些都會影響工件的表面加工質(zhì)量，造成產(chǎn)品一致性差，質(zhì)量不穩(wěn)定。

1 數(shù)控車削螺紋原理

數(shù)控車削螺紋與使用普通車床車削螺紋在原理上有著本質(zhì)區(qū)別，普通車床車削螺紋時，由于采用的是主軸箱齒輪與絲杠聯(lián)動的方式，即主軸旋轉(zhuǎn)一圈，刀具加工一個螺距，因此加工時的傳動鏈條應(yīng)保證是一個連續(xù)的過程。若傳動鏈條斷開，會導(dǎo)致螺紋加工精度降低，甚至出現(xiàn)亂扣的現(xiàn)象。而數(shù)控車床車削螺紋采用的是主軸編碼器通過脈沖信號控制數(shù)控系統(tǒng)的方式，由數(shù)控系統(tǒng)通過指令控制伺服電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對刀具的控制。

數(shù)控車削螺紋時，螺紋的起始加工位置可以通過數(shù)控系統(tǒng)檢測脈沖信號來確定，二次車削螺紋時，可以利用主軸編碼器的同步信號，將刀具回位到上次的螺紋車削起始位置，這就可以保證多次對刀加工的螺紋始終保持螺旋線軌跡重合，提高了加工精度，避免出現(xiàn)亂扣現(xiàn)象。如果要在不帶c 軸功能的數(shù)控車床上加工多頭螺紋，實(shí)現(xiàn)螺紋在圓周方向上的分度，是通過改變螺紋加工的循環(huán)起始點(diǎn)Z 點(diǎn)的坐標(biāo)（螺紋的起始加工位置）來實(shí)現(xiàn)分度，每次起始點(diǎn)Z 點(diǎn)的坐標(biāo)沿Z 軸偏移一個螺距來實(shí)現(xiàn)分度，也就是變化螺紋的起始位置，終點(diǎn)坐標(biāo)不變，來完成零件的分度加工。

2 數(shù)控車削螺紋裝刀及對刀方法

在螺紋車削時，隨著時間的推移，經(jīng)常會出現(xiàn)刀具磨損、崩刃現(xiàn)象，此時需要重新磨刀、裝刀以及對刀。二次裝刀會導(dǎo)致螺紋車削的精度下降；另外，在螺紋修復(fù)過程中，也會破壞產(chǎn)品與刀具之間的相對位置關(guān)系。這兩種情況對數(shù)控車床上的螺紋加工效率影響很大，對于精度要求較高的矩形螺紋精加工，還需要采用先粗后精的加工策略，粗去余量后對矩形螺紋的兩側(cè)和槽底進(jìn)行精加工。如果不能有效解決加工過程中二次裝刀對刀問題，該類產(chǎn)品在數(shù)控車床上將得不到很好的應(yīng)用。

2.1 數(shù)控車床車削螺紋裝刀對刀中存在的問題

首次裝夾刀具車削螺紋。在第一次裝夾螺紋刀時經(jīng)常會出現(xiàn)螺紋刀刀尖與工件回轉(zhuǎn)中心線不等高的現(xiàn)象，一般常用的刀具通常為焊接刀。由于制造精度差，刀桿尺寸不精確，刀尖的中心高必須通過加墊片進(jìn)行調(diào)整，刀尖中心高低與工件回轉(zhuǎn)中心高影響刀具車削的實(shí)際幾何角度。在首次裝夾刀具車削螺紋過程中，如果刀具刀尖點(diǎn)和零件回轉(zhuǎn)中心不等高，會造成車出來的螺紋牙型角不正確，影響螺紋裝配使用。若螺紋刀桿長度過長，車削螺紋極易振刀，影響螺紋表面粗糙度。

粗精車兩把刀對刀。加工精度高的螺紋，通常將粗精車分開加工，如果粗加工和精加工刀具在裝夾時產(chǎn)生位移，會造成加工出來的螺紋精度不滿足要求。

修復(fù)工件時的對刀。修復(fù)工件相當(dāng)于二次裝夾對刀，如果第二次裝夾相比第一次產(chǎn)生誤差，使得加工出來的螺紋亂扣，造成螺紋報廢。

2.2 解決以上問題的方法

1）車削刀具進(jìn)行二次裝夾刃磨后，使用螺紋對刀樣板將刀具刀尖調(diào)整至與螺紋回轉(zhuǎn)軸線等高，裝刀時刀刃的前刀面必須與主軸回轉(zhuǎn)中心線等高，裝刀時用對準(zhǔn)中心高的對刀塊嚴(yán)格對準(zhǔn)中心。由于制造技術(shù)不斷提高，螺紋刀桿的精度也越來越高，如果加工時螺紋刀桿過長，可以通過緊靠刀架側(cè)邊來解決。

2）對刀時利用試切的方法，將螺紋車削的粗、精加工刀具刀尖調(diào)整至同一基準(zhǔn)點(diǎn)。加工過程中可以通過調(diào)整刀補(bǔ)實(shí)現(xiàn)。

3）車削過程中，若出現(xiàn)刀具磨損或偶然崩刃導(dǎo)致需要重新裝夾對刀時，在產(chǎn)品固定位置未發(fā)生變化的前提下，僅需保證該把刀具的二次裝夾位置與修磨刀具之前的位置不變即可。

4）產(chǎn)品加工時原則上應(yīng)保證產(chǎn)品的固定位置不變，若因特殊情況，產(chǎn)品出現(xiàn)二次裝夾或相對位置改變時，必須重新確認(rèn)產(chǎn)品的加工起點(diǎn)位置。要確定產(chǎn)品加工起點(diǎn)和控制信號的起點(diǎn)位置，可以利用另外一根螺紋試驗(yàn)棒進(jìn)行淺螺紋的加工（螺紋深度0.08～0.15 mm），螺紋試驗(yàn)棒的切削參數(shù)必須與產(chǎn)品螺紋的加工參數(shù)一致。Z 軸坐標(biāo)設(shè)為螺紋起點(diǎn)端面右側(cè)的整數(shù)螺距倍數(shù)。在試棒表面加工出螺旋線后，在主軸卡盤圓周刻線記錄螺旋線起始位置，保證刻線位置和試棒螺旋線起點(diǎn)在圓周上共面。此時，可以實(shí)現(xiàn)伺服信號位置的記錄。再次加工產(chǎn)品時，將刀具轉(zhuǎn)到加工位置，使刀具主切削刃與主軸卡盤刻線位置重合，讓刀具刀尖點(diǎn)完整走過一個螺紋，記錄z坐標(biāo)值，再通過計算修改編制程序中的坐標(biāo)值。

式中：m 為當(dāng)前刀具所在螺紋槽到螺紋起點(diǎn)的螺紋槽的個數(shù)；f 為螺距。例：設(shè)當(dāng)前z 值為-8，m 為4，f為3，則：z'=z+（m+2）f=10。新的螺紋加工起點(diǎn)的z 向值為10。

3 結(jié)語

利用數(shù)控車削技術(shù)加工大導(dǎo)程螺紋件，控制對刀和裝刀至關(guān)重要，特別是需要二次車削（修復(fù)）螺紋，最重要的是保證工件上已有螺紋螺旋線起點(diǎn)與主軸零點(diǎn)信號位置一致，從而避免加工出的螺紋不合格，影響產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性和可靠性[1-2]。