多頭絲杠加工方法及注意事項(xiàng)①

金鳳鳴 汪 洋

(1. 遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院；2. 沈陽(yáng)桃仙國(guó)際機(jī)場(chǎng)股份有限公司信息機(jī)電中心)

多頭絲杠加工方法及注意事項(xiàng)①

金鳳鳴1汪 洋2

(1. 遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院；2. 沈陽(yáng)桃仙國(guó)際機(jī)場(chǎng)股份有限公司信息機(jī)電中心)

多頭絲杠的加工在機(jī)械加工制造領(lǐng)域一直是難點(diǎn)問(wèn)題，以普通車床加工方法為重點(diǎn)，介紹了多頭絲杠分頭方法及加工注意事項(xiàng)等，希望能對(duì)同類零件的加工有一定的參考價(jià)值。

多頭絲杠 加工制造 分頭方法 注意事項(xiàng)

多頭絲杠的加工是在圓柱形內(nèi)外表面加工一定形狀的螺旋槽的過(guò)程，常見的加工方法有普通車床加工、數(shù)控車床加工及五軸加工中心加工等。普通車床和數(shù)控車床加工的多頭絲杠一般牙型簡(jiǎn)單(矩形或梯形，以梯形為主)；五軸加工中心加工的多頭螺紋一般牙型比較復(fù)雜(圓形或拋物線形)。普通車床加工的多頭絲杠一般精度要求較低、尺寸較大，主要靠好的工藝方法和經(jīng)驗(yàn)豐富的操作工人來(lái)保證；數(shù)控車床和五軸加工中心加工的絲杠一般精度要求高、牙型復(fù)雜、尺寸較小，主要靠編程和機(jī)床的精度來(lái)保證。

筆者以某型傾翻車中重長(zhǎng)絲杠為例，介紹了普通車床加工多頭絲杠的分頭方法和加工過(guò)程中的注意事項(xiàng)。

1 普通車床加工多頭絲杠的分頭方法

在很多重型設(shè)備(如傾翻車)上都有大型多頭絲杠螺母副的使用，由于尺寸大，無(wú)法運(yùn)用高精度的數(shù)控設(shè)備進(jìn)行加工，只能在大型普通車床上完成，加工難度很大。多頭絲杠加工時(shí)，車床的主軸和刀具之間必須保持嚴(yán)格、準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)關(guān)系：即工件(主軸)每轉(zhuǎn)一圈，刀具應(yīng)均勻地移動(dòng)該絲杠一個(gè)導(dǎo)程的距離。

多頭絲杠的各螺旋槽在軸向和周向上都是等距分布的，分頭就是解決等距分布的問(wèn)題。在普通車床上加工多頭絲杠，最大的難點(diǎn)就是如何保證正確分頭。根據(jù)各螺旋槽在軸向上等距和圓周上等角度分布的情況，分頭方法主要有軸向分頭和圓周分頭兩種。

1.1軸向分頭法

軸向分頭法是當(dāng)車削完第1條螺旋槽后，將車刀沿著工件軸向方向移動(dòng)一個(gè)螺距，再繼續(xù)車削另一條螺旋槽的分頭方法。這種方法只要能精確控制車刀軸向移動(dòng)的距離，就可以正確完成分頭工作。具體操作有：

a. 用小滑板分頭。在車削好第1條螺旋槽后，利用車床小滑板刻度使車刀沿著軸向移動(dòng)一個(gè)螺距，再繼續(xù)車出下一條螺旋槽以達(dá)到分頭的目的，此方法常用于粗車。

b. 利用開合螺母分頭。在車削螺距較大的多頭絲杠時(shí)，當(dāng)多頭絲杠的導(dǎo)程為車床絲杠螺距的整數(shù)倍并且又等于線數(shù)(工件螺距等于車床絲杠螺距)時(shí)，可以車好第1條螺旋槽后，將車刀返回車削的起刀位置，工件停止旋轉(zhuǎn)，提起開合螺母使車床床鞍向前移動(dòng)一個(gè)車床絲杠螺距，再合上開合螺母車第2條螺旋槽，以此類推，車削其余螺旋槽。

c. 用量塊和百分表分頭。精度要求較高的多頭絲桿，可以利用量塊和百分表控制小滑板移動(dòng)的距離。該方法簡(jiǎn)單精確，但百分表的量程限制了絲杠的螺距，這種方法適用于分頭精度要求高的單件小批量生產(chǎn)。具體操作方法是將百分表固定在刀架上，在床鞍上裝一個(gè)固定擋塊，在車削第1條螺旋槽之前，先移動(dòng)小滑板，使百分表的觸頭和擋塊接觸，然后將百分表調(diào)零。車削完第1條螺旋槽后，根據(jù)絲杠螺距移動(dòng)小滑板，百分表上的讀數(shù)就是小滑板的移動(dòng)量。對(duì)螺距較大的多頭絲杠分頭時(shí)，可以在擋塊和百分表之間加一量塊，量塊的厚度應(yīng)等于絲杠的螺距。

1.2圓周分頭法

多頭絲杠的各螺旋槽在圓周上等角度分布，當(dāng)車削好第1條螺旋槽后，將工件與絲杠間的傳動(dòng)切斷，把工件轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度α(α=360°/絲杠頭數(shù))，再合上工件與絲杠間的傳動(dòng)，車削第2條螺旋槽。具體操作有：

a. 利用掛輪齒數(shù)分頭。當(dāng)車床主軸交換齒輪1的齒數(shù)(Z1)能被絲杠頭數(shù)(n)除盡時(shí)，可利用主軸掛輪進(jìn)行分頭。操作方法是當(dāng)車好第1條螺旋槽后，停車并斷電，在主軸交換齒輪1和與它相嚙合的中間輪2并用粉筆做記號(hào)，然后脫開，用手轉(zhuǎn)動(dòng)車床主軸，使主軸交換齒輪轉(zhuǎn)過(guò)Z分(Z分=Z1/n)后再嚙合，之后就可以車削第2條螺旋槽；若車床主軸交換齒輪1的齒數(shù)(Z1)不能被絲杠頭數(shù)(n)除盡[1]，在車削好第1條螺旋槽后，在被動(dòng)輪3、4之間作一記號(hào)，然后將被動(dòng)輪3、4脫開，再轉(zhuǎn)動(dòng)被動(dòng)輪4，使它轉(zhuǎn)過(guò)Z分′(Z分′=被加工絲杠螺距/車床絲杠螺距×車床絲杠頭數(shù))后再嚙合，車削下一螺旋槽，轉(zhuǎn)過(guò)Z分′時(shí)車床絲杠一定要與被動(dòng)輪4一起轉(zhuǎn)動(dòng)。在分頭時(shí)需要注意，開合螺母不能提起，齒輪必須向同一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。用這種分頭方法的優(yōu)點(diǎn)是分頭精度高(取決于齒輪精度)，但所加工絲杠的頭數(shù)受到車床主軸交換齒輪1齒數(shù)(Z1)的限制，操作起來(lái)較麻煩、安全性差，對(duì)操作工人的要求比較高，所以不適宜在批量生產(chǎn)中使用。

b. 利用三爪和四爪卡盤分頭。當(dāng)多頭絲杠在車床上采用兩頂尖裝夾并用自動(dòng)定心或單動(dòng)卡盤替代撥盤時(shí)，可利用三爪卡盤對(duì)三頭絲杠分頭；用四爪單動(dòng)卡盤對(duì)二頭、四頭絲杠分頭。當(dāng)車削好第1條螺旋槽后，只需要松開頂尖，由卡盤上的另一卡爪撥動(dòng)，將工件連同雞心夾頭一起轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度α(α=360°/絲杠頭數(shù))，再頂好頂尖就可以車削第2條螺旋槽。這種分頭方法相對(duì)簡(jiǎn)單，但分頭精度不高。

c. 利用專用分度撥盤分頭。車削一般精度的二、三、四頭絲杠，可以利用專用分度撥盤進(jìn)行分頭。當(dāng)車削完第1條螺旋槽后，利用專用分度撥盤上精確的刻度，將工件轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)分頭角度α，再車削下一條螺旋槽。這種方法操作簡(jiǎn)單、效率比較高，需要專用工裝，適用于批量生產(chǎn)。

d. 用多孔插盤分頭。將多孔插盤用螺紋連接在車床的主軸上，插盤上有精度很高的等分定位插孔(一般為12或24孔)，它可以對(duì)二、三、四、六和十二頭的絲杠進(jìn)行分頭。分頭時(shí)先停車，松開螺母后拉出定位插銷，將插盤旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度α，再把插銷插入另一個(gè)定位插孔中，鎖緊螺母，接下來(lái)就可以車削第2條螺旋槽。這種方法操作簡(jiǎn)單、效率高，是比較理想的分頭方法。

2 多頭絲杠加工的注意事項(xiàng)

多頭絲杠的加工一直是軸類零件加工制造的難點(diǎn)，若要絲杠加工質(zhì)量合格，在分頭和加工過(guò)程中還有很多值得注意的地方。如某型傾翻車中有一重長(zhǎng)多頭絲杠[2]，其基本情況見表1。

表1 絲杠基本情況

由于其重量和外形尺寸比較大，因此采用普通車床的小滑板來(lái)進(jìn)行分頭，它的加工具有一定的典型性和代表性。筆者以此多頭絲杠加工為例，總結(jié)加工過(guò)程中需要注意的問(wèn)題：

a. 分頭精度直接影響多頭絲杠螺母副的配合精度，所以首先要解決的就是絲杠的分頭問(wèn)題。多頭絲杠的分頭方法較多，選擇分頭方法的原則是，既要操作簡(jiǎn)便、安全，又要保證分頭精度，還應(yīng)考慮絲杠尺寸、精度、數(shù)量及加工機(jī)床設(shè)備的條件等因素。

b. 車削步調(diào)要協(xié)調(diào)[3]，應(yīng)遵循“多次循環(huán)分頭，依次逐面車削”的方法進(jìn)行加工，絕不可以先將一條螺紋槽精車好，再接著車削另一條螺旋槽，一定要采取先粗車各條螺旋槽，再依次逐面精車的方法。

c. 螺紋粗加工和精加工的過(guò)程中，主軸的轉(zhuǎn)速必須保持不變，并且主軸轉(zhuǎn)速不可超過(guò)最高限制值[4]，因?yàn)橹鬏S轉(zhuǎn)速與進(jìn)給量F的乘積不能大于軸進(jìn)給的限制值，如果超過(guò)該值將造成絲杠導(dǎo)程變小。在上例中絲杠重達(dá)1 740kg，所以粗精加工時(shí)主軸轉(zhuǎn)速要合理。轉(zhuǎn)速過(guò)大時(shí)，由于離心力太大，會(huì)出現(xiàn)絲杠固定不住或車床損壞的現(xiàn)象；轉(zhuǎn)速過(guò)低時(shí)，會(huì)影響加工效率。

d. 絲杠裝夾，由于是重長(zhǎng)絲杠，盡量采取一夾一頂?shù)姆椒ㄟM(jìn)行裝夾，同時(shí)需要加中心保持架支撐以提高剛度。工件裝夾應(yīng)牢固、穩(wěn)定可靠，防止因切削力過(guò)大使工件移動(dòng)，造成分頭誤差，甚至啃刀或打刀。

e. 螺旋槽加工，外圓留余量，按絲杠螺旋槽最窄處尺寸加工出方槽，底徑處也留余量，最后再車削外圓和底徑以達(dá)到成品尺寸。

在絲杠加工過(guò)程中關(guān)于車刀有以下幾點(diǎn)需要注意：

a. 車刀裝夾。車刀裝夾前，要使用螺紋樣板或萬(wàn)能角度尺校正車刀的刀尖角，防止左右偏斜引起絲杠螺旋槽尺寸不準(zhǔn)確，在刀具磨損重新刃磨后也要使用螺紋樣板對(duì)刀；同時(shí)裝夾時(shí)要求刀尖齒形對(duì)稱并垂直于絲杠軸線，還要保證刀尖和絲杠軸心等高。

b. 大螺距絲杠在加工螺旋槽時(shí)為單側(cè)刃加工，其加工刀刃很容易磨損或損傷，從而造成牙型精度較差，在加工過(guò)程中要做到及時(shí)觀察，及時(shí)修磨切削刃。

c. 多頭絲杠導(dǎo)程升角大，加工中必須考慮到導(dǎo)程升角對(duì)刀具實(shí)際工作前角和后角的影響，車刀兩側(cè)后角在刃磨時(shí)應(yīng)根據(jù)走刀的方向相應(yīng)地增減一個(gè)導(dǎo)程角。

d. 車刀角度。因?yàn)樯侠械慕z杠又重又長(zhǎng)，車刀容易磨損或崩刀，粗車時(shí)應(yīng)選擇負(fù)的前角[5]，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，前角一般取-5～-3°。在車削螺旋槽時(shí)，不能同時(shí)車溝槽的三面，操作中應(yīng)做到定側(cè)面、定刻度、定深度。

3 結(jié)束語(yǔ)

多頭絲杠的加工一直是機(jī)械加工制造中的難點(diǎn)問(wèn)題，筆者以某型傾翻車中的三頭重長(zhǎng)絲杠為例，介紹了普通車床加工多頭絲杠的分頭方法和加工中的注意事項(xiàng)，為生產(chǎn)實(shí)踐中加工類似多頭絲杠提供了一些參考，也希望能為大家提供一些有益的啟示。

[1] 那鳳玲，敖寶林，李四敏.萬(wàn)能銑床銑削矩形螺旋齒的實(shí)用方法[J].化工機(jī)械，2011，38(2)：251～252.

[2] 金鳳鳴，鄧志平，杜黎明.重長(zhǎng)絲杠軸加工工藝的分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2007，(11)：104～105.

[3] 盧秉恒.機(jī)械制造基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

[4] 《重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)》編寫委員會(huì).重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998.

[5] 陸劍中，孫家寧.金屬切削原理與刀具[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

金鳳鳴(1978-)，講師，從事數(shù)控技術(shù)與裝備的研究，88415602@qq.com。

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