大型工件特殊内螺纹加工方法

齐齐哈尔北方机器有限责任公司 （黑龙江 161000） 李 娟

某产品外形是625mm×618mm×560mm的立方体，不同产品外形尺寸及内螺纹中心位置不一样，但都需要加工如图1所示的内螺纹。

图1 工件

该工件外形尺寸较大，重1t左右，属于大型工件。材料为PCrNi3MoV，属合金钢系列的超高强度钢，具有很高的强度和足够的韧性。加工中经常粘刀，比较难加工。需要加工的内螺纹是特殊牙型螺纹，牙型角为一侧面45°，一侧面3°，螺距较大，右旋螺纹，牙型两侧面表面粗糙度值要求较小。

1.车削螺纹

（1）传统的加工方法在卧式车床上来完成。当工件旋转一周后，刀具必须移动一个工件螺距。这是通过丝杠的旋转运动，经开合螺母带动床鞍作直线移动，实现螺纹切削的一种方法。这种方法通过调整主轴箱到丝杠之间的挂轮的传动比，使机床的进给量与主轴的转数成符合螺纹加工要求的比例来实现螺纹的加工。因此，这种方法的加工精度取决于机床传动系统的精度，即丝杠及机床传动系统的误差越大，加工螺纹的精度越低，在螺距误差上表现的特别明显。一般的卧式车床丝杠磨损后精度下降，加工的工件螺距累积误差大，往往达不到使用要求。所以，在新引进数控车床后，普通卧式车床逐渐被数控车床代替。

（2）采用数控卧式车床CK61125EX30/10AH加工完成。现在批量生产的工件多数是在数控车床上完成的。因工件较重，直接用单动卡盘吊装，找正比较费时费力，也比较危险。另外，工件的重心不在主轴旋转轴线上，加工时旋转起来不平衡，易产生振动，不易保证螺纹精度及表面粗糙度的要求，也影响主轴的精度和刀具使用寿命。所以图1工件不适合用单动卡盘直接吊装。同一种产品批量生产时，我们设计了车床专用夹具，如图2所示。使用夹具目的：用夹具定位来保证螺纹孔中心位置，以及同一批产品的一致性。夹具上有配重保持了旋转时的稳定性。

图2 车床夹具

图3 车削螺纹工作原理

其工作原理如图3所示。车削螺纹时，主轴带动夹具和工件一起旋转作主运动，刀具作直线进给运动。因工件材料硬度较高，车削螺纹分粗、精加工。粗、精车螺纹车刀均采用成形刀，即刀尖角度按工件的螺纹牙型角设计。螺纹粗车刀刀片材质采用YT15。螺纹精车刀刀片材质采用W2Mo9Cr4VCo8。

切削参数：粗车螺纹时，因工件尺寸较大，转速不宜过高，我们采用主轴转速50r/min，按中径尺寸计算切削速度

υ=πDn/1 000=3.14×385×50/1 000=60.5m/min

精加工时，转数可以提高至60r/m i m。实际加工中，可以根据刀杆振动情况随时调整控制面板上的百分率调节钮来调节主轴转速。进给量为12mm/r，即工件每转一转，刀具走一个螺距。吃刀深度不应太大，粗加工时第一刀切深通常为0.5mm，以后每刀切深逐渐递减至0.4～0.1mm，直至完成切深5mm。精加工时0切深走刀1～2次，目的是修正粗车刀加工产生的螺纹牙型角度误差，修光螺纹牙型两侧面，达到螺纹精度和表面粗糙度要求。

加工图1工件的内螺纹，数控车床与卧式车床相比有如下优点：①可以不受丝杠及机床传动系统误差的影响，能更好地保证螺距精度。②由程序控制螺纹加工的循环往复，比卧式车床人工控制到退刀槽时必须及时反车退刀，大大减轻了工人的劳动强度。③数控车床由于有充足的切削液，可以提高切削速度。而卧式车床用硬质合金螺纹粗车刀不能加切削液，刀具受热，刀尖磨损快。经常磨刀重新对刀，效率低。

2.镗铣螺纹

在工件的外形尺寸及螺纹孔的中心位置经常变化的单件生产中，为节省设计制造车床夹具的费用，我们采用数控镗铣床TK6513A来完成单件生产。采用三轴联动进行镗铣螺纹，在加工精度方面有极大的优势。其中X轴和Y轴决定螺纹的直径，而Z轴控制螺距。其铣削原理如图4所示。刀具在自转的同时，还绕工件内孔旋转作圆周进给运动。X轴、Y轴走圆弧插补实现圆周进给运动。刀具每绕工件内孔旋转一圈，Z轴向孔内轴线方向走完一个螺距。

对于单件生产，为降低成本，我们与厂家设计制造了螺纹旋风铣刀来完成螺纹的加工（见图5）。工作时，工件放于工作台上静止不动。刀具每绕工件内孔旋转一圈，Z轴沿轴线方向走完一个螺距。螺纹的粗、精加工都用此刀完成。旋风铣刀一周有8个刀片，刀片材质采用涂层硬质合金，刀片型号为SC30。刀片角度设计成与工件螺纹牙型角度一致，每个刀片有两个切削刃，机夹式可转位刀片。

粗加工主轴转速150r/min，走刀速度60mm/min。粗加工第一刀吃刀深度为0.7mm ，随着进刀次数增加，吃刀越深刀齿两侧面接触面积越大，以后每刀吃刀深度逐渐递减至0.4mm。铣削方式为顺铣。

图4 镗铣螺纹工作原理

图5 螺纹旋风铣刀

整体式螺纹梳刀是高效螺纹刀具，如图6所示。仅需一次走刀便可完成整个螺纹铣削加工。螺纹梳刀螺距与工件螺纹螺距相同，牙型与工件牙型角度一致。对于这种非标螺纹，设计制造专用的整体螺纹梳刀费用很大，但切削效率可以大大提高。加工完成后的螺纹如图7所示。

图6 整体式螺纹梳刀

图7 加工后的螺纹

3.两种螺纹加工方法对比

两种加工方法各有优点，不同之处在于：

（1）车削螺纹加工效率高，图1工件车螺纹加工效率是镗铣螺纹的4倍。但镗铣若采用整体式螺纹梳刀，加工效率会是单牙螺纹旋风铣刀的5倍以上。

（2）由于工件较重，车床装夹对卡盘、主轴等要求有一定的承重。长期批量加工会使车床主轴磨损严重，精度下降。而镗铣时由于工件放于工作台上不动，对机床精度的影响小，并且不用夹具装夹，可以降低成本。但车削若采用数控立车，就会弥补数控卧车的不足。所以正待引进数控立车用于加工此工件。

（3）车削螺纹，因切屑流向已加工表面，影响螺纹表面质量。镗铣螺纹，切屑流向待加工表面，可以较好地保证螺纹表面质量。

（4）车削螺纹粗加工时吃刀深，转速快容易使刀杆产生振动，造成螺纹牙型两侧面产生一周振纹，精加工若消除不掉，表面粗糙度就会达不到要求。但数控车可以采用先进的防振刀杆，只是加工成本还要增加。相对来说，镗铣平稳得多，但走刀快也会使刀具产生振动，减慢走刀速度可以较好地保证螺纹表面质量。

4.结语

这两种加工方法的加工原理、加工刀具和加工中需要注意的事项各不相同，在使用中需要根据实际生产情况进行选择。实际加工中，我们对批量生产的工件，采取数控车削螺纹，用夹具定位，可以提高生产效率。对于外形尺寸及螺纹中心位置变化了的单件生产，采用数控镗铣螺纹，减少了工装的设计，可以降低生产成本。两种方法在实际生产中，都很好地保证了螺纹的精度，完全满足设计要求。