淺析T型螺母工裝設(shè)計(jì)與加工工藝改進(jìn)

劉 斌 朱 佩 陳 偉

（西安西電高壓開關(guān)操動(dòng)機(jī)構(gòu)有限責(zé)任公司）

0 引言

機(jī)械制造業(yè)是制造具有一定形狀位置和尺寸的零件和產(chǎn)品，并把它們裝備成機(jī)械裝備的行業(yè)。機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)品既可以直接供人們使用，也可以為其他行業(yè)的產(chǎn)品提供裝備，社會(huì)上有著各種各樣的機(jī)械或機(jī)械制造的產(chǎn)品。我們的生活離不開制造業(yè)，因此制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要行業(yè)，是一個(gè)國(guó)家或區(qū)域發(fā)展的重要基礎(chǔ)及有力支柱。

螺紋是機(jī)械設(shè)計(jì)不可缺少的基礎(chǔ)零件。一般情況下，螺紋按類型分為三角形、梯形、鋸齒形、圓形、矩弧形等；按功能可分為兩大類，一種是連接用的螺紋，一種是傳動(dòng)用的螺紋。絲桿螺母?jìng)鲃?dòng)性在許多設(shè)備中有廣泛的應(yīng)用，但絲桿螺母加工的工藝和經(jīng)濟(jì)性是影響絲桿螺母應(yīng)用的主要因素，其加工質(zhì)量的好壞對(duì)其部件的傳動(dòng)性、穩(wěn)定性有著直接影響，直接影響到產(chǎn)品的整體性能，因此保證其加工質(zhì)量是零件加工中的技術(shù)關(guān)鍵。

本文主要論述梯形牙螺母（簡(jiǎn)稱T型螺母）的工裝設(shè)計(jì)與加工工藝改進(jìn)。如何解決生產(chǎn)中所遇到螺母的定位、夾緊以及工藝路線的安排完善等問題，并設(shè)計(jì)出專用夾具保證零件的加工質(zhì)量，是本文的研究?jī)?nèi)容。

1 零件概要

某公司是配套生產(chǎn)各類高壓開關(guān)配套零部件的單位，其中有一類傳動(dòng)件采用T型螺母。T型螺母是在工件上加工出與絲桿相適應(yīng)的T型螺紋，通過(guò)與絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)傳遞扭矩，如圖1所示。為獲得工件運(yùn)動(dòng)的精度、傳遞大扭矩必然要求絲桿與螺母相配合的螺紋要有較高的精度和粗糙度，由于需要大量使用，因此螺母的加工工藝和效率提高是技術(shù)攻關(guān)的方向。

圖1 零件圖紙及成品零件三維圖

T型絲杠與螺母的配合，在材料上為了保證結(jié)構(gòu)的剛性，絲桿一般選用碳鋼或合金鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理加工而成；螺母采用較軟材料且耐磨，如球墨鑄鐵、錫青銅等材料，某公司由于零件結(jié)構(gòu)與傳輸?shù)囊?，選用了固溶處理后QAL10-3-1.5鋁青銅材料。

2 T型螺母的加工工藝過(guò)程

由于螺母的外形截面為四方，而兩端又有兩個(gè)Φ13mm外圓同軸小于0.05mm的技術(shù)要求，因此該零件的工藝步驟為：①下料 （棒料）；②熱處理；③銑（外形）；④車（外圓及螺紋加工）、入庫(kù)。

2.1 螺紋加工的驗(yàn)證

螺紋的加工方法主要有車削、銑削、攻絲、套絲和旋風(fēng)銑削等，而螺母加工在M16以下時(shí)采用攻絲的加工工藝，這種工藝加工效率較高，而某公司的T型螺母規(guī)格為Tr25×6，通過(guò)初步了解，此類螺紋絲錐由于加工直徑大、攻絲時(shí)切削負(fù)荷大，一般沒有絲錐形式的型刀。經(jīng)過(guò)反復(fù)市場(chǎng)調(diào)研，這種梯形螺紋由于加工時(shí)去除余量大、負(fù)荷大，一般沒有此類通用標(biāo)準(zhǔn)絲錐。

但是經(jīng)過(guò)對(duì)拉削拉刀結(jié)構(gòu)，如圖2所示，拉刀刀具表面上有多排刀齒，各排刀齒的尺寸和形狀從切入端至切出端依次增加和變化。當(dāng)拉刀作拉削運(yùn)動(dòng)時(shí)，每個(gè)刀齒就從工件上切下一定厚度的金屬，最終得到所要求的尺寸和形狀。因此通過(guò)數(shù)次與工具廠家的聯(lián)系與確認(rèn)，設(shè)計(jì)了切削刃部長(zhǎng)度加長(zhǎng)的絲錐。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)拉刀示意圖

設(shè)計(jì)和制造令人滿意的梯形螺紋絲錐的主要困難在于，為了加工形成螺紋，絲錐必須從孔內(nèi)切除大量的金屬。在切削時(shí)，絲錐切削扭轉(zhuǎn)應(yīng)力是十分大的，如果設(shè)計(jì)制造程序及應(yīng)用方法不完全正確，那么十分容易發(fā)生絲錐斷裂。

因此設(shè)計(jì)的第一步，就是根據(jù)零件厚度尺寸38mm確定每齒的允許切深量0.3mm，第二步就是要能保證螺紋的質(zhì)量，根據(jù)零件材料和在普通車床加工的特點(diǎn)，加長(zhǎng)絲錐的導(dǎo)向部與增大絲錐的容屑槽的直徑，實(shí)踐證明，加長(zhǎng)絲錐較好地解決了攻絲時(shí)的校正、加工Tr25×6螺紋質(zhì)量問題，減少和降低了由于加工中的絲錐磨損和切削刃碎裂的弊病，改進(jìn)的加長(zhǎng)絲錐每只可加工零件2000余件，提高絲錐的使用壽命，如圖3所示。這種特殊的絲錐，切削刃長(zhǎng)，一次行程即可完成工件的粗加工、精加工和光整加工，且質(zhì)量穩(wěn)定，一定程度上給企業(yè)降低了多種成本。

圖3 絲錐照片和原加工照片

2.2 螺母的車削工序工藝過(guò)程驗(yàn)證

車削工序中，前期在普通車床上加工該零件，根據(jù)零件外形設(shè)計(jì)了專用夾具，分為四個(gè)工步：

工步①、工步②：每次用零件外形38×40（見圖4）作為粗基準(zhǔn)定位，工裝為偏心結(jié)構(gòu)，車兩端面，保證零件長(zhǎng)度尺寸，兩端鉆A2.5mm中心孔，并加工Φ13mm外圓并留余量0.5mm，中間38mm尺寸加工為

圖4 工步①、工步②工裝裝夾定位截面

圖5 工步③工裝裝夾定位截面

工步④：由于工步①、工步②工裝裝夾定位基準(zhǔn)為基準(zhǔn)A和基準(zhǔn)B（見圖6），且由于零件2－Φ13mm外圓的同軸度要求，采用兩頂方式加工Φ13mm外圓，以保證同軸度要求。

圖6 工步①、工步②使用工裝

通過(guò)工藝試制、小批加工等方式，在普通設(shè)備上，通過(guò)以上方法，實(shí)現(xiàn)了零件的加工，保證了加工工件符合設(shè)計(jì)技術(shù)要求，實(shí)現(xiàn)了較高的切削效率。

3 T型螺母的加工改進(jìn)

隨著該零件使用量的逐年增加和數(shù)控設(shè)備的不斷引進(jìn)，為了克服原有普通車床加工技術(shù)和效率的問題，提高螺母的加工效率和數(shù)控機(jī)床的加工又成為二次技術(shù)提高的問題。

在整個(gè)工藝論證優(yōu)化過(guò)程中，為了節(jié)約材料成本，在原材料材質(zhì)不變的情況下，重新優(yōu)化下料加工工藝，將棒料改為鍛造毛坯工藝（見圖7），經(jīng)過(guò)驗(yàn)證鍛造工藝強(qiáng)度高于原棒料加工，不僅降低原材料成本（每件節(jié)約70余元），同時(shí)也減少了加工時(shí)間。

圖7 鍛造毛坯

該零件新的工藝步驟優(yōu)化為：①下料；②鍛造；③熱處理；④銑（外形）；⑤車（數(shù)控車床車外圓及螺紋加工）、入庫(kù)。以下將數(shù)控車床加工時(shí)的改進(jìn)加以論述。

3.1 2－Φ13mm外圓的加工

前文在普車設(shè)備加工時(shí)提到，在工步④時(shí)，由于工步①、工步②工裝裝夾定位基準(zhǔn)為基準(zhǔn)A和基準(zhǔn)B（見圖6），且由于零件2－Φ13mm外圓的同軸度要求，普通車床的卡盤間隙無(wú)法消除，因此需增加精加工工步④采用兩頂方式加工Φ13mm外圓，以保證同軸度要求。

而在數(shù)控車床上，經(jīng)過(guò)分析論證，進(jìn)行了工藝改進(jìn)優(yōu)化：

1）普通車床卡盤裝夾精度低，而液壓卡盤沒有間隙，這樣利用數(shù)控機(jī)床軟爪重復(fù)定位精度一致的特點(diǎn)。

2）對(duì)工裝（見圖7）進(jìn)行了優(yōu)化。要求裝夾工裝的內(nèi)孔定位基準(zhǔn)面與外圓、兩個(gè)端面保證形位公差（位置度、平行度、垂直度）小于0.02mm的要求。

3）零件在工裝上手工裝夾時(shí)，通過(guò)工裝上兩顆螺釘壓緊，采用液壓卡盤軟爪臺(tái)爪的快速定位的特點(diǎn)，無(wú)論工裝裝夾零件后同時(shí)翻轉(zhuǎn)，無(wú)論正反面裝夾在數(shù)控車床主軸上液壓卡盤專爪上時(shí)（見圖8），都使加工工件2－Φ13mm的中心線和主軸的中心線完全重合，且軟爪上的臺(tái)階面也能保證工件的長(zhǎng)度的一致性。

圖8 液壓卡盤裝夾工裝與零件圖

4）在加工過(guò)程中，工序基準(zhǔn)為裝夾工裝的外圓，精基準(zhǔn)重合，保證定位準(zhǔn)確、夾緊可靠、夾具簡(jiǎn)單、操作方便的加工過(guò)程。

本數(shù)控車床上車外圓的工藝改進(jìn)，通過(guò)軟爪能和工件的表面最大程度地貼合，保證了裝夾導(dǎo)向的精度，既能傳遞更大的扭矩，又保證了加工速度和表面質(zhì)量更好。這樣就大大地提高生產(chǎn)效率，滿足大批量生產(chǎn)的目標(biāo)。

3.2 螺紋的加工

數(shù)控車床由于采用滾珠絲桿，且設(shè)備精度較高，大尺寸Tr25×6螺紋如采用絲錐加工的話，會(huì)造成機(jī)床精度降低和損傷，為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，就需選用數(shù)控車床的T形螺紋的車刀加工（見圖9），因此刀具選型就是本次改進(jìn)的另一亮點(diǎn)。

圖9 T型螺紋刀具

在一般情況下，T型槽內(nèi)螺紋刀具都是手工磨制的，對(duì)于直徑較小的螺紋，刀具的修磨更是生產(chǎn)過(guò)程的難點(diǎn)。經(jīng)過(guò)不斷地搜尋，找到了一款適用于某公司的零件可更換的硬質(zhì)合金刀片。這種刀片幾何參數(shù)（不需磨）穩(wěn)定、更換后定位準(zhǔn)確，從而降低了刀具的刃磨費(fèi)用和提高切削效率，這種刀具經(jīng)過(guò)確認(rèn)已用于T型螺母螺紋的加工。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)加工參數(shù)的確定、計(jì)算、工裝材料的選取、加工方案的設(shè)計(jì)、刀具選擇、量具選擇及工藝工裝等方面進(jìn)行了闡述，每種零件的加工工藝都是對(duì)零件從質(zhì)量、效率、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的保障，然而夾具又是制造系統(tǒng)的重要組成部分，隨著制造技術(shù)工藝的提升，對(duì)夾具的要求也隨之提高，專用夾具、組合夾具都會(huì)朝著柔性化、自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化、高效化方向發(fā)展，以滿足加工技術(shù)要求，本文通過(guò)工藝調(diào)整提高了加工效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，降低生產(chǎn)周期。本文中加工工藝及工裝設(shè)計(jì)對(duì)其他零件加工工藝借鑒都具有十分重要的意義。