多头丝杠加工方法及注意事项①

金凤鸣 汪 洋

(1. 辽宁装备制造职业技术学院机械工程学院；2. 沈阳桃仙国际机场股份有限公司信息机电中心)

多头丝杠加工方法及注意事项①

金凤鸣1汪 洋2

(1. 辽宁装备制造职业技术学院机械工程学院；2. 沈阳桃仙国际机场股份有限公司信息机电中心)

多头丝杠的加工在机械加工制造领域一直是难点问题，以普通车床加工方法为重点，介绍了多头丝杠分头方法及加工注意事项等，希望能对同类零件的加工有一定的参考价值。

多头丝杠 加工制造 分头方法 注意事项

多头丝杠的加工是在圆柱形内外表面加工一定形状的螺旋槽的过程，常见的加工方法有普通车床加工、数控车床加工及五轴加工中心加工等。普通车床和数控车床加工的多头丝杠一般牙型简单(矩形或梯形，以梯形为主)；五轴加工中心加工的多头螺纹一般牙型比较复杂(圆形或抛物线形)。普通车床加工的多头丝杠一般精度要求较低、尺寸较大，主要靠好的工艺方法和经验丰富的操作工人来保证；数控车床和五轴加工中心加工的丝杠一般精度要求高、牙型复杂、尺寸较小，主要靠编程和机床的精度来保证。

笔者以某型倾翻车中重长丝杠为例，介绍了普通车床加工多头丝杠的分头方法和加工过程中的注意事项。

1 普通车床加工多头丝杠的分头方法

在很多重型设备(如倾翻车)上都有大型多头丝杠螺母副的使用，由于尺寸大，无法运用高精度的数控设备进行加工，只能在大型普通车床上完成，加工难度很大。多头丝杠加工时，车床的主轴和刀具之间必须保持严格、准确的运动关系：即工件(主轴)每转一圈，刀具应均匀地移动该丝杠一个导程的距离。

多头丝杠的各螺旋槽在轴向和周向上都是等距分布的，分头就是解决等距分布的问题。在普通车床上加工多头丝杠，最大的难点就是如何保证正确分头。根据各螺旋槽在轴向上等距和圆周上等角度分布的情况，分头方法主要有轴向分头和圆周分头两种。

1.1轴向分头法

轴向分头法是当车削完第1条螺旋槽后，将车刀沿着工件轴向方向移动一个螺距，再继续车削另一条螺旋槽的分头方法。这种方法只要能精确控制车刀轴向移动的距离，就可以正确完成分头工作。具体操作有：

a. 用小滑板分头。在车削好第1条螺旋槽后，利用车床小滑板刻度使车刀沿着轴向移动一个螺距，再继续车出下一条螺旋槽以达到分头的目的，此方法常用于粗车。

b. 利用开合螺母分头。在车削螺距较大的多头丝杠时，当多头丝杠的导程为车床丝杠螺距的整数倍并且又等于线数(工件螺距等于车床丝杠螺距)时，可以车好第1条螺旋槽后，将车刀返回车削的起刀位置，工件停止旋转，提起开合螺母使车床床鞍向前移动一个车床丝杠螺距，再合上开合螺母车第2条螺旋槽，以此类推，车削其余螺旋槽。

c. 用量块和百分表分头。精度要求较高的多头丝杆，可以利用量块和百分表控制小滑板移动的距离。该方法简单精确，但百分表的量程限制了丝杠的螺距，这种方法适用于分头精度要求高的单件小批量生产。具体操作方法是将百分表固定在刀架上，在床鞍上装一个固定挡块，在车削第1条螺旋槽之前，先移动小滑板，使百分表的触头和挡块接触，然后将百分表调零。车削完第1条螺旋槽后，根据丝杠螺距移动小滑板，百分表上的读数就是小滑板的移动量。对螺距较大的多头丝杠分头时，可以在挡块和百分表之间加一量块，量块的厚度应等于丝杠的螺距。

1.2圆周分头法

多头丝杠的各螺旋槽在圆周上等角度分布，当车削好第1条螺旋槽后，将工件与丝杠间的传动切断，把工件转过一个角度α(α=360°/丝杠头数)，再合上工件与丝杠间的传动，车削第2条螺旋槽。具体操作有：

a. 利用挂轮齿数分头。当车床主轴交换齿轮1的齿数(Z1)能被丝杠头数(n)除尽时，可利用主轴挂轮进行分头。操作方法是当车好第1条螺旋槽后，停车并断电，在主轴交换齿轮1和与它相啮合的中间轮2并用粉笔做记号，然后脱开，用手转动车床主轴，使主轴交换齿轮转过Z分(Z分=Z1/n)后再啮合，之后就可以车削第2条螺旋槽；若车床主轴交换齿轮1的齿数(Z1)不能被丝杠头数(n)除尽[1]，在车削好第1条螺旋槽后，在被动轮3、4之间作一记号，然后将被动轮3、4脱开，再转动被动轮4，使它转过Z分′(Z分′=被加工丝杠螺距/车床丝杠螺距×车床丝杠头数)后再啮合，车削下一螺旋槽，转过Z分′时车床丝杠一定要与被动轮4一起转动。在分头时需要注意，开合螺母不能提起，齿轮必须向同一个方向转动。用这种分头方法的优点是分头精度高(取决于齿轮精度)，但所加工丝杠的头数受到车床主轴交换齿轮1齿数(Z1)的限制，操作起来较麻烦、安全性差，对操作工人的要求比较高，所以不适宜在批量生产中使用。

b. 利用三爪和四爪卡盘分头。当多头丝杠在车床上采用两顶尖装夹并用自动定心或单动卡盘替代拨盘时，可利用三爪卡盘对三头丝杠分头；用四爪单动卡盘对二头、四头丝杠分头。当车削好第1条螺旋槽后，只需要松开顶尖，由卡盘上的另一卡爪拨动，将工件连同鸡心夹头一起转过一个角度α(α=360°/丝杠头数)，再顶好顶尖就可以车削第2条螺旋槽。这种分头方法相对简单，但分头精度不高。

c. 利用专用分度拨盘分头。车削一般精度的二、三、四头丝杠，可以利用专用分度拨盘进行分头。当车削完第1条螺旋槽后，利用专用分度拨盘上精确的刻度，将工件转过一个分头角度α，再车削下一条螺旋槽。这种方法操作简单、效率比较高，需要专用工装，适用于批量生产。

d. 用多孔插盘分头。将多孔插盘用螺纹连接在车床的主轴上，插盘上有精度很高的等分定位插孔(一般为12或24孔)，它可以对二、三、四、六和十二头的丝杠进行分头。分头时先停车，松开螺母后拉出定位插销，将插盘旋转一个角度α，再把插销插入另一个定位插孔中，锁紧螺母，接下来就可以车削第2条螺旋槽。这种方法操作简单、效率高，是比较理想的分头方法。

2 多头丝杠加工的注意事项

多头丝杠的加工一直是轴类零件加工制造的难点，若要丝杠加工质量合格，在分头和加工过程中还有很多值得注意的地方。如某型倾翻车中有一重长多头丝杠[2]，其基本情况见表1。

表1 丝杠基本情况

由于其重量和外形尺寸比较大，因此采用普通车床的小滑板来进行分头，它的加工具有一定的典型性和代表性。笔者以此多头丝杠加工为例，总结加工过程中需要注意的问题：

a. 分头精度直接影响多头丝杠螺母副的配合精度，所以首先要解决的就是丝杠的分头问题。多头丝杠的分头方法较多，选择分头方法的原则是，既要操作简便、安全，又要保证分头精度，还应考虑丝杠尺寸、精度、数量及加工机床设备的条件等因素。

b. 车削步调要协调[3]，应遵循“多次循环分头，依次逐面车削”的方法进行加工，绝不可以先将一条螺纹槽精车好，再接着车削另一条螺旋槽，一定要采取先粗车各条螺旋槽，再依次逐面精车的方法。

c. 螺纹粗加工和精加工的过程中，主轴的转速必须保持不变，并且主轴转速不可超过最高限制值[4]，因为主轴转速与进给量F的乘积不能大于轴进给的限制值，如果超过该值将造成丝杠导程变小。在上例中丝杠重达1 740kg，所以粗精加工时主轴转速要合理。转速过大时，由于离心力太大，会出现丝杠固定不住或车床损坏的现象；转速过低时，会影响加工效率。

d. 丝杠装夹，由于是重长丝杠，尽量采取一夹一顶的方法进行装夹，同时需要加中心保持架支撑以提高刚度。工件装夹应牢固、稳定可靠，防止因切削力过大使工件移动，造成分头误差，甚至啃刀或打刀。

e. 螺旋槽加工，外圆留余量，按丝杠螺旋槽最窄处尺寸加工出方槽，底径处也留余量，最后再车削外圆和底径以达到成品尺寸。

在丝杠加工过程中关于车刀有以下几点需要注意：

a. 车刀装夹。车刀装夹前，要使用螺纹样板或万能角度尺校正车刀的刀尖角，防止左右偏斜引起丝杠螺旋槽尺寸不准确，在刀具磨损重新刃磨后也要使用螺纹样板对刀；同时装夹时要求刀尖齿形对称并垂直于丝杠轴线，还要保证刀尖和丝杠轴心等高。

b. 大螺距丝杠在加工螺旋槽时为单侧刃加工，其加工刀刃很容易磨损或损伤，从而造成牙型精度较差，在加工过程中要做到及时观察，及时修磨切削刃。

c. 多头丝杠导程升角大，加工中必须考虑到导程升角对刀具实际工作前角和后角的影响，车刀两侧后角在刃磨时应根据走刀的方向相应地增减一个导程角。

d. 车刀角度。因为上例中的丝杠又重又长，车刀容易磨损或崩刀，粗车时应选择负的前角[5]，根据实践经验，前角一般取-5～-3°。在车削螺旋槽时，不能同时车沟槽的三面，操作中应做到定侧面、定刻度、定深度。

3 结束语

多头丝杠的加工一直是机械加工制造中的难点问题，笔者以某型倾翻车中的三头重长丝杠为例，介绍了普通车床加工多头丝杠的分头方法和加工中的注意事项，为生产实践中加工类似多头丝杠提供了一些参考，也希望能为大家提供一些有益的启示。

[1] 那凤玲，敖宝林，李四敏.万能铣床铣削矩形螺旋齿的实用方法[J].化工机械，2011，38(2)：251～252.

[2] 金凤鸣，邓志平，杜黎明.重长丝杠轴加工工艺的分析[J].机械设计与制造，2007，(11)：104～105.

[3] 卢秉恒.机械制造基础[M].北京：机械工业出版社，2013.

[4] 《重型机械标准》编写委员会.重型机械标准[S].北京：中国标准出版社，1998.

[5] 陆剑中，孙家宁.金属切削原理与刀具[M].北京：机械工业出版社，2011.

金凤鸣(1978-)，讲师，从事数控技术与装备的研究，88415602@qq.com。

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