機(jī)械螺紋類零件的數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)探討

劉麗娜，田曉光，李曉娟

(黃河交通學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，河南 武陟 454950)

0 引言

綜合國力的高低與國家制造業(yè)水平之間存在著緊密聯(lián)系，作為我國醫(yī)學(xué)、生物及航天等領(lǐng)域可持續(xù)性發(fā)展的重要基礎(chǔ)，制造業(yè)的興衰決定著人們的生產(chǎn)生活質(zhì)量。以制造業(yè)中不可或缺的重要機(jī)械設(shè)備數(shù)字控制機(jī)床為例，對(duì)數(shù)字控制機(jī)床加工技術(shù)做持續(xù)創(chuàng)新與優(yōu)化具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義，其也是提升零件整體制造質(zhì)量與效率的關(guān)鍵因素。

1 加工原理分析

針對(duì)螺紋零件進(jìn)行加工的過程中，通常采取數(shù)字控制機(jī)床作為零件加工的主要機(jī)械設(shè)備，確保螺紋零件的加工準(zhǔn)確度。為將零件加工環(huán)節(jié)的安全性與質(zhì)量進(jìn)一步提升，為現(xiàn)代工業(yè)可持續(xù)性發(fā)展注入新的力量，優(yōu)化并完善加工流程，融入更多的創(chuàng)新技術(shù)思維極為重要。內(nèi)螺紋、單線螺紋、外螺紋及固定螺紋等是現(xiàn)階段螺紋零件的主要加工類型，傳統(tǒng)零件螺紋加工通常情況下以線路類型為基礎(chǔ)決定切割線路。車削加工技術(shù)是機(jī)械加工經(jīng)常應(yīng)用的技術(shù)類型，通過機(jī)械傳動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)刀具，即可達(dá)到零件加工目的。零件加工質(zhì)量的提升是車床加工方法應(yīng)用后所突顯出的主要優(yōu)勢，且能夠極大地縮短加工時(shí)間[1]。坐標(biāo)式、尺寸測量等是典型的數(shù)字控制機(jī)床加工零件時(shí)所應(yīng)用的測量手段，從而掌握零件尺寸與位置等數(shù)據(jù)的全面性。在對(duì)螺紋類零件做加工處理時(shí)，為減少誤差累積，就應(yīng)改動(dòng)所應(yīng)用局部標(biāo)注法中的部分尺寸數(shù)值，以獲得更為準(zhǔn)確的切削結(jié)果。在應(yīng)用數(shù)控技術(shù)時(shí)，要確保刀路使用能夠盡量簡潔化，使數(shù)控機(jī)床能夠有序開展切削程序，數(shù)控機(jī)床在對(duì)機(jī)械螺紋類零件進(jìn)行加工時(shí)應(yīng)避免產(chǎn)生輪廓誤差。此外，需要確保螺紋類零件的加工精準(zhǔn)性，在對(duì)零件拐點(diǎn)進(jìn)行處理的過程中，應(yīng)避免出現(xiàn)直角過渡現(xiàn)象。還應(yīng)確保刀路材料使用的合理性與均勻性，最大限度地將所使用材料對(duì)刀具的沖擊降到最低，為提升零件的整體加工精度奠定基礎(chǔ)。除此之外，作為操控人員，應(yīng)保證自身對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、操作流程等了解的全面性，繼而避免出現(xiàn)加工誤操作現(xiàn)象，提升零件加工質(zhì)量的同時(shí)，其加工效率也將有明顯提升。

2 加工技術(shù)研究

確定所制作螺紋零件坐標(biāo)系與基準(zhǔn)后，即可確保零件定位的準(zhǔn)確性。同時(shí)應(yīng)將編制完成的操作程序輸入至操作系統(tǒng)中，繼而使得所應(yīng)用的數(shù)控系統(tǒng)在預(yù)定程序的指引下達(dá)到零件自動(dòng)加工的目的。相較傳統(tǒng)加工技術(shù)，應(yīng)用數(shù)控機(jī)床技術(shù)后，機(jī)械螺紋類的零件無論是加工效率還是精度，均有明顯提升。

2.1 螺紋切削

在切削螺紋時(shí)，通常需要選擇使用模具或已經(jīng)成型的刀具以達(dá)到螺紋加工目的，其中包含車削、攻絲、銑削等工序。在對(duì)螺紋做車削、銑削處理時(shí)，對(duì)于工件來說每一轉(zhuǎn)均應(yīng)確保機(jī)床傳動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)的均勻性與準(zhǔn)確性(沿工件軸方向)。此外在攻絲或套絲過程中，還應(yīng)保證使用絲錐或板牙的運(yùn)動(dòng)有序性(相向旋轉(zhuǎn))，該過程中的螺紋溝槽起到了引導(dǎo)刀具做軸向移動(dòng)的作用。使用數(shù)控機(jī)床車削螺紋的過程中，需要應(yīng)用成形車刀或螺紋梳刀來實(shí)現(xiàn)螺紋車削目標(biāo)。由于在此環(huán)節(jié)所使用的成形車刀結(jié)構(gòu)較為簡單，因此相對(duì)其他類型的刀具，其在應(yīng)用于小批量零件加工過程中表現(xiàn)出了極佳的應(yīng)用優(yōu)勢[2]。若使用螺紋梳刀作為車削螺紋的刀具，雖然其結(jié)構(gòu)本身較為復(fù)雜，但從整體來看其生產(chǎn)效率卻極高，在大批量生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用優(yōu)勢較為突出。一般情況下，所應(yīng)用的普通車床的螺距車削精度為8～9級(jí)，而若能夠選擇使用具有專業(yè)性特征的新式數(shù)控機(jī)床，無論是螺紋的加工精度還是加工效率，相較以往均有不同程度的提升。

2.2 螺紋銑削

梳形螺紋銑刀或盤形銑刀是較為常見的應(yīng)用于螺紋零件加工過程中的刀具，螺紋銑削技術(shù)的應(yīng)用效果與刀具類型、質(zhì)量及速度等均有極為密切的聯(lián)系。以盤形銑刀為例，其完成銑削任務(wù)通常使用銑削絲桿與蝸桿，共同對(duì)需求的工件梯形外螺紋做銑削處理，而梳形螺紋銑刀則能夠銑削出內(nèi)外普通螺紋與錐螺紋。相較于盤形銑刀而言，該類型銑刀的螺紋加工長度要更長。因此，對(duì)機(jī)械螺紋類的零件而言，運(yùn)用梳形銑刀的數(shù)控機(jī)床，僅需要1.25～1.5轉(zhuǎn)即可加工完成，能夠極大地提高零件的加工效率。通常情況下，通過應(yīng)用螺紋銑削加工技術(shù)，能夠?qū)⑵渎菥嗑瓤刂圃?～9級(jí)之間，且粗糙度能夠達(dá)到R5～0.63 μm的級(jí)別。此類加工技術(shù)通常被應(yīng)用于對(duì)機(jī)械螺紋精度要求不高的零件制造過程中，以批量化粗加工作為該技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域。

2.3 螺紋磨削加工技術(shù)

此類技術(shù)以螺紋磨床為主，其能夠?qū)σ呀?jīng)做淬硬處理過后的工件做高精密的螺紋加工。從砂輪截面形狀的角度區(qū)分，螺紋磨削分為單線磨削加工技術(shù)與雙線磨削加工技術(shù)。單線磨削進(jìn)行零件加工以單線砂輪為主，為其修整提供了方便條件，無論是對(duì)蝸桿還是精密絲桿，均在實(shí)施小批量磨削加工措施后表現(xiàn)出了明顯技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢。多線磨削加工方式以多線砂輪為主，從加工技術(shù)的角度來看分為分縱磨法與切入磨法兩種工藝類型。一般情況下用于分縱磨法的砂輪寬度相較被磨螺紋的長度要小很多，此類砂輪在單或多次縱向移動(dòng)過程中，其進(jìn)行移動(dòng)的行程與螺紋最終磨削尺寸相等[3]；切入磨法砂輪寬度長于螺紋長度，需要以徑向的方式將其切入至工件表面，并將工件旋轉(zhuǎn)(1.25圈)即可實(shí)現(xiàn)預(yù)期的磨削目標(biāo)，整體來看該種工藝的生產(chǎn)效率極高。但從實(shí)際應(yīng)用情況來看，切入磨削方法無法保證足夠的加工精度，且修整砂輪程序較為復(fù)雜，因此若標(biāo)準(zhǔn)螺紋以緊固用途為主則多使用多線砂輪，而若有大批量磨削需要，則一般采取絲錐研磨法。

2.4 螺紋研磨與攻絲套絲

制造螺紋加工模具的材料多為鑄鐵或其他較軟材質(zhì)，而從螺紋研磨加工技術(shù)的應(yīng)用角度來看，若工件中產(chǎn)生較大螺距誤差的螺紋部位存在，則應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)其做正向或反向的研磨處理(旋轉(zhuǎn))，以提升整體螺距加工精度。通常情況下，采取研磨技術(shù)后同樣能夠?qū)σ呀?jīng)做淬硬處理的內(nèi)螺紋予以進(jìn)一步加工。數(shù)控機(jī)床針對(duì)工件使用自動(dòng)旋轉(zhuǎn)絲錐對(duì)其施加扭矩，即可完成工件的內(nèi)螺紋加工，這一過程被稱之為攻絲；套絲是利用板牙對(duì)外螺紋進(jìn)行加工。此類加工技術(shù)應(yīng)用過程中，無論是所應(yīng)用的板牙還是絲錐，其精度均會(huì)對(duì)螺紋的加工精度造成影響。除去車床、鉆床能夠完成螺紋加工任務(wù)，較為常見的針對(duì)單一零件的套絲方法主要為手工或使用套絲機(jī)，同樣能夠?qū)α慵鎏捉z處理。

2.5 螺紋滾壓加工技術(shù)

2.5.1 技術(shù)原理

在工件加工時(shí)，應(yīng)用成型滾壓模具，可以使工件在加工的過程當(dāng)中產(chǎn)生塑性的變形，繼而實(shí)現(xiàn)螺紋加工的目的。在應(yīng)用數(shù)控機(jī)床對(duì)零件螺紋加工中，采用套絲、攻絲時(shí)，常將自動(dòng)開合螺紋滾壓頭安裝在機(jī)床上。與此同時(shí)，還要配好滾絲機(jī)、搓絲機(jī)。該加工技術(shù)適用于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)緊固件、螺紋連接件當(dāng)中的外螺紋進(jìn)行大批量的加工，滾壓螺紋的外徑一般應(yīng)該是低于25 mm，螺紋的長度則應(yīng)小于100 mm。應(yīng)用此項(xiàng)加工技術(shù)之后，螺紋精度水平普遍在2級(jí)以上，批件全部直徑與螺紋中徑基本一致。倘若只是應(yīng)用滾壓模具，很可能無法加工內(nèi)螺紋。然而在工件材質(zhì)較軟的情況下，應(yīng)用無槽擠壓絲錐，可以做到冷擠內(nèi)螺紋，此種加工原理與攻絲較為相近。在實(shí)施冷擠時(shí)，無槽擠壓絲錐的扭矩確保高于1倍攻絲，而且在精度及加工表面質(zhì)量方面，也要高于攻絲。

2.5.2 優(yōu)點(diǎn)

螺紋滾壓加工技術(shù)優(yōu)點(diǎn)較多，主要體現(xiàn)為：1)與銑削、磨削等相比較，螺紋加工后，表面粗糙度更??；2)在對(duì)螺紋進(jìn)行滾壓加工之后，其表面因?yàn)槔浼庸ざ不?，因此，可以提高加工件的硬度與強(qiáng)度；3)相比于切削加工，雖然螺紋滾壓生產(chǎn)率較低，但對(duì)材料利用率較高，經(jīng)過數(shù)控機(jī)床操作后，可以達(dá)到應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)加工螺紋的目的；4)滾壓模具使用壽命較長，保證材料硬度低于HRC40。但該技術(shù)對(duì)毛坯尺寸精度要求較高，并且在滾壓模具硬度及精度上也有著很高的要求。

2.5.3 技術(shù)要點(diǎn)

在數(shù)控機(jī)床中，參照不同的滾壓模具，可將螺紋滾壓分為滾絲與搓絲。

1)滾絲包含徑向滾絲、切向滾絲、滾壓頭滾絲。徑向滾絲需要2個(gè)或3個(gè)滾絲輪安裝在平行軸上，其有著螺紋牙形特點(diǎn)，工件在兩輪間的支承位置上。加工時(shí)，兩個(gè)滾絲輪會(huì)在相同方向、相同速度下旋轉(zhuǎn)。在旋轉(zhuǎn)過程中，其中有一個(gè)滾絲輪會(huì)進(jìn)行徑向進(jìn)給，并且在滾絲輪帶動(dòng)下，工件也可以旋轉(zhuǎn)。在此種狀態(tài)下，會(huì)因?yàn)閺较驍D壓，使得工件的表面形成螺紋。在對(duì)絲桿加工時(shí)，如沒有過高精度要求，也可以應(yīng)用該方法加工。

切向滾絲也可以稱之為行星式滾絲，其滾壓工具的構(gòu)成主要有3塊固定弧形絲板和1個(gè)旋轉(zhuǎn)的中央滾絲輪。在加工滾絲過程中，做到不間斷地送進(jìn)工件。與搓絲、徑向滾絲相比較，其生產(chǎn)率更高。

應(yīng)用數(shù)控機(jī)床，將滾壓頭滾絲自動(dòng)化加工成自螺紋，一般可以把工件中的短螺紋進(jìn)行加工。有3～4個(gè)的滾壓頭在工件外周滾絲輪上均勻分布，滾壓時(shí)會(huì)在驅(qū)動(dòng)作用下旋轉(zhuǎn)。為能夠使工件被滾壓出相應(yīng)的螺紋，滾壓頭需徑向給進(jìn)。

2)搓絲可以錯(cuò)開布置搓絲板，間距為螺距的一半，將兩塊含有螺紋牙形的進(jìn)行處理。在布置時(shí)，保證靜板固定不變，動(dòng)板則進(jìn)行往復(fù)、平行的直線動(dòng)作。倘若工件位置在兩板之中，為保證工件表面可以塑性變形，則要應(yīng)用動(dòng)感實(shí)施前進(jìn)搓壓，達(dá)到產(chǎn)生對(duì)應(yīng)螺紋的目的。

3 數(shù)字控制機(jī)床對(duì)螺紋零件加工過程分析

數(shù)控機(jī)床對(duì)于機(jī)械螺紋類零件的加工過程如下：

1)在機(jī)械螺紋類零件方面，不僅要保證圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的質(zhì)量，還要合理選擇刀具、工件，以及程序的編寫。

2)在加工時(shí)，操作人員要嚴(yán)格參照設(shè)計(jì)圖紙。為了不對(duì)零件加工精度造成影響，需要確保圖紙中涵蓋機(jī)械螺紋類零件的各個(gè)尺寸及精度的說明。

3)在加工之前，需要確保數(shù)控機(jī)床的編程能夠提前預(yù)留出足夠的余量，這是為保證在依照編寫的程序加工時(shí)，可以靈活補(bǔ)償機(jī)械間隙。此外，還要盡可能地確保一次裝夾便能夠使端面能夠順利地加工。

4)在過程中，操作人員需要不斷完善計(jì)算機(jī)程序。

由于計(jì)算機(jī)有著較強(qiáng)計(jì)算、識(shí)圖作用，為此可以提高改進(jìn)編程的效果，使其具有較高精準(zhǔn)性，繼而在加工時(shí)避免各種問題的產(chǎn)生，并且還可以保證零件的精度。在應(yīng)用數(shù)控機(jī)床加工機(jī)械螺紋類零件時(shí)，操作人員還應(yīng)細(xì)致并且深入的研究相關(guān)工藝流程、圖樣等。為提升零件加工生產(chǎn)率，還應(yīng)從中選擇出最為適合加工技術(shù)的能力。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙顯示的要求，還應(yīng)事前設(shè)計(jì)以及完善走刀路線，確保走刀路線能夠在設(shè)計(jì)圖紙中得到有效落實(shí)，并使編程步驟得到簡化。在加工過程中，操作人員還應(yīng)全面性了解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、操作流程、系統(tǒng)瑕疵等，為防止在使用時(shí)發(fā)生意外事件，在保證工件加工質(zhì)量的同時(shí)，使機(jī)械螺紋類零件的加工效率能夠不斷低提高。

4 結(jié)論

綜上所述，科技的進(jìn)步使得數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化加工技術(shù)獲得了更多的發(fā)展與完善。通過在技術(shù)應(yīng)用過程中融入更多的創(chuàng)新思維，在將產(chǎn)品綜合性進(jìn)一步提升的同時(shí)，現(xiàn)代工業(yè)的生產(chǎn)程序也將得到全方位的優(yōu)化，為我國現(xiàn)代工業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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