大長徑比矩形螺旋槽減應(yīng)力加工技術(shù)

彭華武，張甲濤，周德民，居大偉，方振紅

中國兵器工業(yè)集團(tuán)江山重工研究院有限公司 湖北襄陽 441100

1 序言

矩形螺桿多用于傳遞軸向大載荷動(dòng)力，且要求傳動(dòng)效率高[1]，在軍工、重型機(jī)械、機(jī)床及汽車等行業(yè)應(yīng)用廣泛，我公司某千斤頂電動(dòng)缸上的螺桿是該產(chǎn)品的關(guān)鍵零件（見圖1），工件總長度1001mm，螺距18mm，牙槽寬度9H11，齒厚9mm，螺桿外圓與基準(zhǔn)同軸度0.05mm，直線度0.05mm，螺旋槽總長791mm。長徑比、螺距和加工余量大，需要對螺旋槽粗加工釋放應(yīng)力再進(jìn)行精加工，造成二次裝夾找正螺旋槽調(diào)整試切時(shí)間長，加工后呈弓形彎曲變形，直線度0.05mm較難保證，現(xiàn)有的工藝方法多次改進(jìn)后效果不明顯。通過采用一種螺旋槽軸向定位、反走刀減應(yīng)力的新工藝方法，原工藝中存在的裝夾找正困難和變形問題得到了解決，消除了零件加工質(zhì)量不穩(wěn)定的現(xiàn)象，加工效率提高了6倍以上。

圖1 螺桿結(jié)構(gòu)示意

2 技術(shù)方案

原工藝方案中零件經(jīng)粗加工后，停留一段時(shí)間釋放應(yīng)力，再進(jìn)行精加工。采用普通車床，自制高速鋼車刀（見圖2），根據(jù)螺桿螺距磨削切削刃、車刀副角，對操作人員技能水平要求較高。由于自制高速鋼車刀強(qiáng)度差，因此在切削過程中，只能采用低進(jìn)給的方式進(jìn)刀，刀具磨損次數(shù)多，可靠性較差。

圖2 自制高速鋼車刀

二次裝夾時(shí)采用普通卡盤裝夾后，需要對工件進(jìn)行打表，找正外圓工件的跳動(dòng)，通過實(shí)際的跳動(dòng)值，對工件來回調(diào)整，此過程時(shí)間長，效率低。再對找正后工件進(jìn)行對刀，找出工件的加工起始點(diǎn)，在對刀過程中，存在一定的操作誤差，給產(chǎn)品質(zhì)量帶來極大的風(fēng)險(xiǎn)。

正走刀切削（見圖3）是從機(jī)床尾部向頭部方向走刀，工件在加工過程中受壓，容易發(fā)生振動(dòng)和彎曲變形，對于長軸類零件，表面質(zhì)量差，產(chǎn)品質(zhì)量難以保證。

圖3 正走刀切削示意

對原工藝方法進(jìn)行分析后，可將加工工藝優(yōu)化。采用數(shù)控車削中心和涂層刀具，制作定位裝置，利用螺旋槽軸向定位，采用反走刀切削方式。這樣的加工方式可以采用較大的進(jìn)給量，在提高加工效率的同時(shí)，不僅增大了縱向切削力，減輕了工件徑向圓跳動(dòng)，而且減少和消除了大幅度振動(dòng)，從而解決傳統(tǒng)加工方法存在的不足。

3 方案實(shí)施

設(shè)計(jì)專用軟爪[2]，通過半包式自定心卡盤夾緊外圓，實(shí)現(xiàn)工件自動(dòng)定心，降低裝夾誤差，再以定位凸臺(tái)進(jìn)行定位，固定工件的裝夾位置，專用軟爪模型如圖4所示。

圖4 專用軟爪模型

設(shè)計(jì)螺旋槽軸向定位輔具專用軟爪（見圖5），在指定的卡盤上，通過專用定位輔具對工件進(jìn)行定位，省去了打表找正外圓、重新設(shè)置工件加工起始點(diǎn)等輔助工作[3]。

圖5 螺旋槽軸向定位輔具專用軟爪

調(diào)整數(shù)控車刀角度，使涂層刀具角度與螺桿螺旋角一致（見圖6）。

圖6 涂層刀具楔形塊螺旋角調(diào)整

在加工首件時(shí)，采用專用定位輔具確定工件的裝夾位置，確定工件數(shù)控程序加工原點(diǎn)。在后續(xù)其他的加工中，通過專用定位輔具進(jìn)行輔助定位后，無需重新對刀，可以實(shí)現(xiàn)裝夾、對刀一次完成（見圖7）。

圖7 工件快速定位裝夾

采用車削中心時(shí)，將車刀安裝在與普通車床車刀架相反的方向，即可實(shí)現(xiàn)反向走刀（見圖8）。采用反向走刀切削時(shí)，工件處于受拉狀態(tài)。由于軸向力的作用拉緊了工件，增加了工件的實(shí)際剛度，從而避免了工件發(fā)生彎曲（弓形）變形。

圖8 反向走刀

4 實(shí)施效果

工藝優(yōu)化后，操作人員只需要在首件調(diào)試時(shí)，進(jìn)行對刀調(diào)整，裝夾位置固定后，即可批量生產(chǎn)，對操作人員技能要求也大幅度降低，普通技能水平人員即可輕松操作。螺旋槽軸向定位、反向走刀切削減應(yīng)力的工藝方法，已經(jīng)成功應(yīng)用于我公司某重點(diǎn)裝備螺桿的加工中。螺桿裝夾時(shí)間由原來的10min縮短至5min，效率提高一倍。加工時(shí)間由原來的3h縮短至25min，切削效率提高了6倍以上，有效解決了螺桿加工效率低的問題。采用反走刀切削，可以采用較大的進(jìn)給量，在提高加工效率的同時(shí)，不僅增大了縱向切削力，而且減輕了工件徑向圓跳動(dòng)，減少和消除了大幅度振動(dòng)，保證了工件加工表面的質(zhì)量。經(jīng)批量生產(chǎn)300件驗(yàn)證（見圖9），直線度保持在0.01～0.02mm，解決了工件變形質(zhì)量問題，累計(jì)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益100余萬元。

圖9 批量生產(chǎn)的零件

5 結(jié)束語

傳統(tǒng)加工方法由于設(shè)備、刀具受限，加工工藝較為落后，通過采用車削加工中心，可將刀具安裝在相反方向，從而實(shí)現(xiàn)反向走刀減應(yīng)力的切削方法，突破了原加工工藝無法解決的技術(shù)難題，可以在類似工件加工中應(yīng)用。