大直徑螺紋加工方式

劉亞玲

石油機(jī)械股份有限公司三機(jī)分公司 湖北武漢 430040

1 序言

壓縮機(jī)機(jī)體、氣缸是天然氣壓縮機(jī)的主要零部件，機(jī)體、氣缸上多處油孔、蓋板及注油器聯(lián)接孔采用螺紋孔形式，并且直徑較大，在生產(chǎn)加工中主要采用攻螺紋的加工方式。

目前，我公司加工螺紋主要存在以下三方面問(wèn)題。

1）利用機(jī)床對(duì)機(jī)體油孔NPT2.5孔進(jìn)行攻螺紋時(shí)，由于主軸負(fù)荷較大，造成螺紋混亂，達(dá)不到產(chǎn)品質(zhì)量要求，所以采用人工通過(guò)加力杠桿攻螺紋，勞動(dòng)強(qiáng)度高。

2 ） 加工中心加工大直徑螺紋孔時(shí)（D≥30mm）采用螺旋絲錐，絲錐磨損嚴(yán)重，平均使用壽命低。

3）部分特殊螺紋孔，例如氣缸上M36×2mm螺紋，因?yàn)槭艿介y孔端面垂直度的限制，所以換序后利用普通鉆床加工無(wú)法保證該要求，而采用加工中心加工該螺紋，需定制絲錐，刀具通用性差，且對(duì)主軸轉(zhuǎn)矩要求較高。

本文以解決刀具消耗和降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度為出發(fā)點(diǎn)，致力于改善車間加工中心加工大直徑螺紋孔和錐扣螺紋的加工現(xiàn)狀。

2 螺紋加工方式

在工件上加工內(nèi)、外螺紋常見(jiàn)的方式主要有攻牙、車削、滾壓成形及螺紋銑削。攻牙是螺紋加工中最常見(jiàn)的方式，借助數(shù)控刀具的幾何形狀使螺紋成形，適用于小直徑及大批量的生產(chǎn)中。車削加工螺紋一般用于生產(chǎn)直徑較大的孔，使用轉(zhuǎn)位刀片進(jìn)行車削，且工件能被自定心卡盤(pán)或單動(dòng)卡盤(pán)夾持住。滾壓加工屬于無(wú)屑加工，不同螺距的滾輪安裝在滾絲機(jī)上，在軸類零件的外圓上滾壓出螺紋，這種方法適合于軸類零件的外螺紋加工。銑削螺紋采用螺紋銑刀進(jìn)行加工，銑螺紋時(shí)轉(zhuǎn)矩較小，刀具與孔的接觸面積較小，因此提高了加工的安全性，避免了絲錐斷裂難取出的問(wèn)題，且這種加工方式適用范圍廣，可以加工不同的材料，但要求用三軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床。相對(duì)于絲錐，銑螺紋的加工效率較低，適用于小批量生產(chǎn)中大直徑螺紋孔的加工[1-3]。

由于機(jī)體、氣缸屬于大型箱體類零件，所以不適合采用車削、滾壓成形的加工方式。另外，由于使用絲錐加工大直徑螺紋需要機(jī)床主軸轉(zhuǎn)矩較大，且易發(fā)生絲錐斷裂問(wèn)題，所以也不適合采用絲錐的加工方式。基于以上分析，決定選用螺紋銑削的加工方式來(lái)加工壓縮機(jī)機(jī)體（見(jiàn)圖1）、氣缸大直徑螺紋[4]。

3 螺紋銑削加工

3.1 螺紋銑削加工工藝

螺紋銑削通過(guò)三軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床，利用刀具的行星式旋轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在軸向每轉(zhuǎn)一圈進(jìn)給一個(gè)螺距。

螺紋銑削開(kāi)始時(shí)采用1/4圓弧切入或直線切入的方式，為保證銑刀旋轉(zhuǎn)一周就能完成螺紋加工，銑削時(shí)選用刀片寬度大于被加工螺紋長(zhǎng)度的銑刀。圖2為螺紋銑削時(shí)刀具進(jìn)刀及加工情況，Ri為螺紋底徑半徑，Re為切入圓弧半徑，Ra為螺紋頂半徑，CL為安全距離，β為切入圓弧角度，α為1/4圓周角度[5]。

壓縮機(jī)機(jī)體材質(zhì)為一般鑄鐵，氣缸材質(zhì)多為合金鋼。切削刀片的材質(zhì)選用了硬質(zhì)合金超微粒子+TiCN涂層，這樣的刀片具有耐磨損性的特點(diǎn)。加工材料及推薦切削參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 加工材料及推薦切削參數(shù)

3.2 螺紋銑削加工對(duì)設(shè)備的要求

螺紋銑削借助數(shù)控機(jī)床的三軸聯(lián)動(dòng)功能，加工過(guò)程中使用螺紋銑刀可以避免機(jī)用絲錐在加工螺紋盲孔底部時(shí)，機(jī)用絲錐反轉(zhuǎn)回退，造成機(jī)用絲錐折斷的現(xiàn)象。

目前我公司車間有臥式加工中心、數(shù)控龍門(mén)鏜銑床（見(jiàn)圖3）可以滿足三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控螺紋銑削加工的要求。選取數(shù)控龍門(mén)鏜銑床GMC2550r2以及加工中心HM635這兩臺(tái)設(shè)備進(jìn)行螺紋銑削加工試制。

圖3 數(shù)控龍門(mén)鏜銑床

3.3 螺紋銑削刀具的選擇

機(jī)夾螺紋銑刀適用于較大直徑（D＞25mm）的螺紋加工，螺紋銑刀有整體式、可換刀片式，刀片的型式又分為單牙型及多牙型。圖4為機(jī)夾雙刃螺紋銑刀。

圖4 機(jī)夾雙刃螺紋銑刀示意

根據(jù)機(jī)體及氣缸的螺紋特點(diǎn)及數(shù)量，選用可換刀片式的單刃螺紋銑刀，選取了螺距為2mm、3mm及3.5mm的普通刀片，以及螺距為8mm的NPT刀片，實(shí)現(xiàn)了7種螺紋加工（見(jiàn)表2）。

表2 刀桿、刀片及螺紋加工范圍

根據(jù)需要加工的螺紋尺寸，選用結(jié)構(gòu)一樣、尺寸不同的兩種刀桿，4種刀片可以在兩種刀桿上互換安裝，實(shí)現(xiàn)了刀桿的通用性。兩種刀桿結(jié)構(gòu)如圖5所示，刀桿尺寸參數(shù)見(jiàn)表3。螺紋銑刀刀桿裝夾采用了側(cè)固式壓緊方式，可選取與銑刀刀柄通用的側(cè)固式刀柄。

圖5 刀桿結(jié)構(gòu)及實(shí)物

表3 刀桿尺寸參數(shù) （單位：mm）

3.4 螺紋銑削加工編程

螺紋銑削采用了宏程序進(jìn)行編程，編程內(nèi)容如下。

4 加工效果分析

采用螺紋銑削方法完成了M 3 0、M 3 3、M45×2mm、M48×3mm、NPT2.5的試加工，加工結(jié)果（見(jiàn)表4）穩(wěn)定。試驗(yàn)完成后該加工方法在鋼料氣缸螺紋（D＞30mm）、機(jī)體油泵端錐螺紋加工中得到了推廣應(yīng)用。

表4 銑螺紋試加工結(jié)果

使用銑削方式加工螺紋，不僅提高了加工效率、精度，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，而且提升了機(jī)床的使用性能。由于螺紋銑刀的通用性強(qiáng)，相同螺距的螺紋銑刀可以加工不同尺寸的螺紋，所以減少了刀具的采購(gòu)成本。使用加工中心銑削螺紋，相比之前的加工方法有以下幾方面的改進(jìn)。

1）比使用普通鉆床鉆孔、攻螺紋，提高了螺紋加工的精度。

2）解決了使用絲錐加工大直徑螺紋存在的絲錐磨損嚴(yán)重的問(wèn)題。

3）解決了機(jī)床主軸負(fù)荷較大的問(wèn)題。

5 結(jié)束語(yǔ)

采用銑削的方式加工螺紋，優(yōu)點(diǎn)在于用同一把刀柄，通過(guò)更換刀片實(shí)現(xiàn)不同螺距、不同直徑的螺紋加工；在加工中通過(guò)修改刀具參數(shù)來(lái)調(diào)整每次進(jìn)刀深度，保證螺紋加工的尺寸和質(zhì)量，尤其對(duì)于加工大直徑螺紋孔，對(duì)機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)矩要求降低。而且對(duì)于沒(méi)有退刀槽結(jié)構(gòu)的螺紋，采用車螺紋或攻螺紋的方式很難實(shí)現(xiàn)，但采用銑螺紋的加工方式卻容易實(shí)現(xiàn)。