多線螺紋車削技術難點與解決方案

■北京農業職業學院機電工程學院 （102208） 郭建平

多線螺紋加工是中級車工技能鑒定考核的內容，也是車工實操訓練中難度較大的實習項目，在近幾年車工大賽中也經常出現。由于其導程角較大，牙型深，切削層面積大，所以加工時常常出現“扎刀”現象；又因操作者技術水平問題，也常出現“分線”不均問題。那么針對于兩個難點，如何去解決呢？根據筆者多年的經驗，認為可從兩方面入手：正確刃磨車刀和操作時采用正確的分線技術方法。下面就以難車削的雙頭蝸桿為例進行說明。

1. 正確刃磨出具有合理幾何參數的刀具

蝸桿車刀刃磨總體要求是：車刀鋒利，刃口平直，具備良好的強度和韌性，車刀前后刀面表面粗糙度數值小。

蝸桿加工可劃分粗加工和精加工兩個階段，相對應地，加工車刀可分為粗車刀和精車刀。由于加工性質不同，二者的幾何參數明顯不同。

（1）粗車刀幾何形狀如圖1所示，蝸桿粗車刀（角度）的選擇原則如下：

車刀左右切削刃之間的夾角要小于2倍齒形角（40o），一般為39o30′。

車刀材料為強度和硬度都比較好的高速鋼（W18Cr4V）。

刃磨時，刀頭寬度要小于牙槽底寬（0.3～0.5mm），以便左右車削并留有精加工余量。

在切削鋼料時，縱向前角γp=10o～15o，縱向后角αp=6o～8o。

由于螺紋升角影響較大，車刀左刃后角αol=（3o～5o）+γ，右刃后角αor=（3o～5o）-γ。

刀尖適當導圓，用以增加刀尖強度，一般R＝（1.5～3）mm。

（2）精車刀幾何形狀如圖2所示，蝸桿精車刀（角度）的選擇原則如下：

圖1 粗車刀幾何形狀

車刀左右切削刃之間的夾角要等于2倍齒形角（40o）。

刃磨時，刀頭寬度要小于牙槽底寬0.3～0.5mm。

在切削鋼料時，縱向前角γp=0o，縱向后角αp=6o～8o。

刃磨時，車刀左右切削刃直線度要好，前、后刀面表面粗糙度數值小，Ra≤0.4μm，以保證在切削過程中使多頭蝸桿的牙側獲得較小的表面粗糙度值。

為了保證左右切削刃切削順利，最好磨有較大前角的卷屑槽，γo=15o～20o。

（3）在刃磨車刀時有幾個注意事項如下：

蝸桿車刀的刃磨步驟和梯形螺紋車刀的刃磨類似，即：主后刀面→副后刀面→前刀面→修磨→研磨（油石）。

圖2 精車刀幾何形狀

刃磨車刀時，要不斷的用樣板檢測刀尖角是否達到要求（40o）。

刃磨車刀時，要不斷的用萬能角度尺檢測左、右后角是否合格，用以在車削過程中出現“扎刀”現象時排除車刀因素。如圖3、圖4所示

刃磨完車刀，用油石進行備刀時，切忌不要將切削刃備鈍。

2. 掌握正確的粗精車技術方法，避免扎刀與分線不勻

車削時，采用合理正確的粗、精車方法，是保證工件加工質量和提高加工效率的重要手段和有效措施。

（1）扎刀原因：車床中滑板、小滑板的間隙沒有調整適當；安裝車刀時刀桿伸出過長或刀桿剛性不足；車刀刀尖低于工件中心；工件剛性不足；車刀不夠鋒利；車刀正前角過大，造成徑向切削力把車刀拉向工件造成“扎刀”；操作方法不當致使車刀三個刃同時受力。

預防和解決“扎刀“問題產生的方法有：粗車前，要適當調整好車床滑板間隙；車刀的伸出長度盡量短一些，刀桿盡量粗些；安裝車刀刀尖等高于工件中心；合理安排工序保證工件裝夾剛性；車刀幾何參數選好，保持鋒利；操作方法要正確，采用左右車削法或斜進拓寬法，避免三個切削刃同時切削。

（2）粗車方法：在車削多頭蝸桿前，首先要計算出蝸桿相關參數，如周節（P）、導程（L）、全齒高（h）、齒頂高（ha） 、齒根圓直徑（d） 、齒頂寬（?）、齒根槽寬（w）、法向齒厚（Sn） 等，然后開始粗車。粗車時有一定的要求，即在短時間內挖槽成型，為精車留下足夠余量。這就要求吃刀量要大，切削速度相對高一些（15～20m/min），才能保證加工效率。 其車削步驟及過程如下：

劃線：目的就是利用三角螺紋車刀刀尖根據算出的參數在外圓處劃出相應的車削區域，車削完畢，保證精車余量。雙線螺紋劃出四條線，三線螺紋劃出六條線，以次類推。以雙線為例，可上好一把外螺紋車刀，先按照車床銘牌表將各手柄位置放在相應位置，然后開車床，劃出第一條線（導程L），小滑板向前移動一個螺距P，劃出第二條線，再將小滑板向前移動一個齒頂寬?，劃出第三條線，最后將小滑板向前移動一個螺距P，劃出第四條線。劃線要求：螺旋線輕微可見，勿以劃重。如圖5所示

粗車：將蝸桿粗車刀對準第一條區域，中滑板刻度對零，用“斜進拓寬法”或“左右拓寬法”粗車，粗車完第一個螺旋槽后，小滑板向前移動一個螺距，再粗車另一個螺旋槽區域，前后兩次中滑板最終進刀切削深度一定相同。

斜進拓寬法如圖6、圖7。說明：右側拓寬區域是指小滑板向右、中滑板刻度不變的進給；左側拓寬區域是指小滑板向左、中滑板刻度不變的進給。

從圖6中看出，開始進刀時，采用直進法，當螺旋槽變窄時采用斜進法并逐層拓寬。用直進法時，切削深度要大，一般為0.5～1.5mm（雙邊），2～3刀。

圖3 萬能角度尺測量左后角（3o～5o）+γ

圖4 萬能角度尺測量右后角（（3o～5o）-γ

圖5 螺紋車刀劃線

圖6 斜進拓寬示意圖（一）

注意事項： ①粗車前，要找正小滑板絲杠移動方向與車床主軸平行。（利用百分表檢測）。②粗車過程，始終不要超過劃線區域，同時，要用游標卡尺不斷粗檢齒頂寬，所測尺寸要大于齒頂寬。③車削時，要不斷地觀察車刀在牙槽中的狀況，主要看車刀切削刃兩側有無縫隙，如果沒有縫隙(或縫隙很小)，中滑板不要進刀，小滑板向左或向右拓寬，再斜進。④扎刀瞬間，一定要及時退刀，并重新對刀入槽。⑤以上車削圖只是一個參考，還有其他車削方法，不要機械。

（3）精車方法：在粗車完畢后，要進行排刀，從而為精車做好準備，精車直接用軸向小滑板刻度分線法。

精車（含分線）步驟及其操作方法：①換用精車刀，樣板上刀。②可采用靜止對刀法和動態對刀法進行對刀。③選取切削速度vc＜5m/min，進行精車。具體操作是排刀后（半精車）后，換精車刀，牙側1光刀，然后車刀向前移動一個周節P，再車削牙側2，以牙側1牙側2為測量（車削）基準，精車牙背兩側，使法向齒厚s1n=s2n，，最后用齒輪卡尺檢驗跨牙尺寸s1是否與s2相等。通過比較分析哪一個牙厚尺寸大，然后就以“瘦牙”尺寸為基準（用粉筆作標記），光刀“肥牙”牙側，再檢驗，分頭完畢。檢驗s1是否與s2相等時，有幾種情況，如圖8所示。

圖7 斜進拓寬示意圖（二）

s1＞s2，s1n合格，光刀牙側2。

s1＞s2，s2n合格，光刀1牙右側。

s1＜s2，s1n合格，光刀2牙右側。

s1＜s2，s2n合格，光刀牙側1。

注意事項：①用小滑板刻度分線法移動小滑板時，小滑板手柄轉動方向相同，避免由于小滑板絲杠與螺母的間隙而產生的誤差。②測量時s1、s2、s1n、s2n都是法向尺寸。③在排刀（半精車）后，盡可能的使精車余量小一些。④必要時，這種車削同一側面的精加工方法可再使用一次，但前提是要有精加工余量。

3. 測量及其引申

圖8 檢測示意圖

以上是以雙頭蝸桿車削為例，實際上多線梯形螺紋的車削方法與其一樣，只不過測量相對麻煩些，用三針法檢測中徑。但測量時，也可以用齒厚卡尺檢測法向齒厚（在圖樣上實際并不標注法向齒厚，而是標注中徑公差），這里有一個轉化技巧，即中徑公差如何向法向齒厚公差轉換。如圖9所示。

圖9 中徑、法向齒厚公差轉化

（1）計算事項：圖8中，中徑公差

圖9中

軸向齒厚公差

（2）結論：法向齒厚上偏差esn= esxcosγ= estanαcosγ；法向齒厚下偏差ein= eixcosγ =eitanαcosγ，其中，α=15o，γ為螺紋升角。

勤于觀察，勤于分析，不斷地總結經驗，那么“扎刀”和“分線不均”的問題就很容易。

[1] 王公安.車工工藝與技能訓練[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2005.