外螺纹和莫氏锥孔同轴的长轴加工实践

■ 江铃车桥厂 （江西南昌 330004） 华 斌

我厂一台多轴钻孔专机，加工效率很高，安装10支钻头，一次走刀加工10个孔。该设备使用的是锥柄高速钢钻头，钻头与多轴变速箱连接使用可调长度的接杆，当刀具磨损修磨后总长度不一致时，用梯形螺纹调整长度尺寸，用螺母拧紧后，即可加工零件。

1. 加工问题出现

在使用多年后，有一支刀杆安装错误，撞击后接杆弯曲变形，锥孔变形，不能达到正常的安装精度要求，刀具安装跳动大（目测晃动较大，约有0.5mm以上），刀具寿命急剧下降，单件成本随着加工时间的推移，呈几何状态增长。该接杆（见图1）看似简单，却在不大的多轴箱内有10个分布，空间很少，梯形螺纹是不能作为定位元件的，为更好地定位保证接杆安装刀具后，用精加工过的外圆与设备本体定位，跳动值可靠稳定。

工件材料40Cr，热处理35～45HRC。莫氏圆锥对基准面A的跳动在150mm长的检验棒上检查，距离莫氏锥孔口150mm处不大于0.05mm；螺纹和基准面A同时磨出。

因为没有螺纹磨床，所以加工工艺为车加工螺纹和螺纹外圆。分为两种工艺，一种是车外圆后车锥孔，然后反面，装夹锥孔的外圆车梯形螺纹：第一次是按这个简便的方式加工，但加工的质量并不合格，按图样要求方式检测结果为0.65～0.90mm，不合格；另一种工艺，磨好零件的莫氏一号锥孔后，在车床卡盘上装一根棒料，车制一根莫氏一号的无扁尾锥度心轴，将工件套在心轴上加工出中心孔，顶住后，加工梯形螺纹端的外圆和螺纹。理论上是有可能达到要求，但实际车制的锥度心轴精度是用莫氏锥度检具采用着色法检验，本身就不好控制。为此多次测试，提高锥孔和莫氏心轴的精度后加工梯形螺纹和外圆。加工完成后按图样要求，在V形块上放置接杆，装上心棒检测，发现跳动达到了惊人的1.2mm，稍好的也有0.5mm跳动，无法安装使用。

生产线的接杆已经不能正常使用，需要降低刀具的损耗、减少刀具成本以及缩短刀具损坏后的更换调整时间，急需新的合格的接杆。

图1 接杆零件示意图

2. 分析与解决方案

车床加工这个零件单独的部位，都不会有任何问题，单项检测也确实没有大的偏差，那问题会是哪里？经过分析，问题有三。

（1）莫氏一号的大端孔直径12mm，零件总长度是183mm，锥形部位的配合精度即使只有一点偏差，验棒的150mm长度会将误差放大很多倍。

（2）中间的φ16 mm的退刀槽，处于零件的中间位置，且是最细的地方，是接杆弯曲、跳动超差的重要关键点。

（3）车梯形螺纹的应力，也是杆部弯曲、造成跳动超差的重要原因（隐藏的信息是：螺纹在尾座端，那是长轴件加工系统刚性最差的地方，而梯形螺纹的径向力和轴向力是相对外圆加工比较大的），这也是锥度心轴法偏差更大的原因。

为此，我们可以了解的信息有：①没有磨螺纹的磨床。②反面二次装夹锥孔外圆不能保证精度。③锥度心轴方式没有好的效果。④φ16mm的退刀槽是问题点，但要车螺纹，就不能缺少这个退刀槽。⑤螺纹应力大，需要消除。⑥锥孔精度一定要高，包括锥形和粗糙度。⑦热处理后的残余应力释放造成的弯曲。

各种分析的指向点：①只能车出来。②不要二次装夹车锥孔和螺纹。③不能使用锥度心轴。④不能没有退刀槽。⑤分粗、精加工。⑥锥孔半精车后用铰刀加工修正一下。⑦热处理后振动时效处理。

问题依然存在：不用二次装夹车锥孔和螺纹，与不用心轴似乎是冲突的。如何改善？从第一次车加工的失败后，一直想解决。采用一次装夹一次加工出来：①锥孔和螺纹一次完成，同轴度可靠性好。②螺纹在卡盘侧，刚性很好。问题是，这样加工时，除了外圆可控，齿厚可检测，其他就要经验控制尺寸，否则就要配制螺母，也是加工工艺的大忌；之前刚好我们车加工了一批其他零件，上面也有Tr20×2mm的螺纹，总共20支的加工量，刀具磨损少，尺寸稳定，每次加工的中拖板数据变化稳定可控，所以才决定做这个工艺。图2为使用工艺柄的加工工艺示意图。

图2 一次装夹车出接杆工艺方案

该工艺其实也算简单，粗车锥孔、退刀槽、梯形螺纹后，将莫氏柄的退钻槽也铣出来；吊装接杆进行热处理后，夹持工艺柄精车锥孔、精铰锥孔，并车60°孔口倒角，用于安装顶尖；然后按照以往加工Tr20×2mm的经验车螺纹外圆、精车梯形螺纹，完成后切断工艺柄。加工后按图样要求检测，有一支超差，为0.12mm跳动，其余9支均在0.05mm内，产品合格。

[1] 王先逵. 机械制造工艺学[M]. 北京：机械工业出版社，2003.