外螺紋和莫氏錐孔同軸的長軸加工實踐

■ 江鈴車橋廠 （江西南昌 330004） 華 斌

我廠一臺多軸鉆孔專機，加工效率很高，安裝10支鉆頭，一次走刀加工10個孔。該設備使用的是錐柄高速鋼鉆頭，鉆頭與多軸變速箱連接使用可調長度的接桿，當刀具磨損修磨后總長度不一致時，用梯形螺紋調整長度尺寸，用螺母擰緊后，即可加工零件。

1. 加工問題出現

在使用多年后，有一支刀桿安裝錯誤，撞擊后接桿彎曲變形，錐孔變形，不能達到正常的安裝精度要求，刀具安裝跳動大（目測晃動較大，約有0.5mm以上），刀具壽命急劇下降，單件成本隨著加工時間的推移，呈幾何狀態增長。該接桿（見圖1）看似簡單，卻在不大的多軸箱內有10個分布，空間很少，梯形螺紋是不能作為定位元件的，為更好地定位保證接桿安裝刀具后，用精加工過的外圓與設備本體定位，跳動值可靠穩定。

工件材料40Cr，熱處理35～45HRC。莫氏圓錐對基準面A的跳動在150mm長的檢驗棒上檢查，距離莫氏錐孔口150mm處不大于0.05mm；螺紋和基準面A同時磨出。

因為沒有螺紋磨床，所以加工工藝為車加工螺紋和螺紋外圓。分為兩種工藝，一種是車外圓后車錐孔，然后反面，裝夾錐孔的外圓車梯形螺紋：第一次是按這個簡便的方式加工，但加工的質量并不合格，按圖樣要求方式檢測結果為0.65～0.90mm，不合格；另一種工藝，磨好零件的莫氏一號錐孔后，在車床卡盤上裝一根棒料，車制一根莫氏一號的無扁尾錐度心軸，將工件套在心軸上加工出中心孔，頂住后，加工梯形螺紋端的外圓和螺紋。理論上是有可能達到要求，但實際車制的錐度心軸精度是用莫氏錐度檢具采用著色法檢驗，本身就不好控制。為此多次測試，提高錐孔和莫氏心軸的精度后加工梯形螺紋和外圓。加工完成后按圖樣要求，在V形塊上放置接桿，裝上心棒檢測，發現跳動達到了驚人的1.2mm，稍好的也有0.5mm跳動，無法安裝使用。

生產線的接桿已經不能正常使用，需要降低刀具的損耗、減少刀具成本以及縮短刀具損壞后的更換調整時間，急需新的合格的接桿。

圖1 接桿零件示意圖

2. 分析與解決方案

車床加工這個零件單獨的部位，都不會有任何問題，單項檢測也確實沒有大的偏差，那問題會是哪里？經過分析，問題有三。

（1）莫氏一號的大端孔直徑12mm，零件總長度是183mm，錐形部位的配合精度即使只有一點偏差，驗棒的150mm長度會將誤差放大很多倍。

（2）中間的φ16 mm的退刀槽，處于零件的中間位置，且是最細的地方，是接桿彎曲、跳動超差的重要關鍵點。

（3）車梯形螺紋的應力，也是桿部彎曲、造成跳動超差的重要原因（隱藏的信息是：螺紋在尾座端，那是長軸件加工系統剛性最差的地方，而梯形螺紋的徑向力和軸向力是相對外圓加工比較大的），這也是錐度心軸法偏差更大的原因。

為此，我們可以了解的信息有：①沒有磨螺紋的磨床。②反面二次裝夾錐孔外圓不能保證精度。③錐度心軸方式沒有好的效果。④φ16mm的退刀槽是問題點，但要車螺紋，就不能缺少這個退刀槽。⑤螺紋應力大，需要消除。⑥錐孔精度一定要高，包括錐形和粗糙度。⑦熱處理后的殘余應力釋放造成的彎曲。

各種分析的指向點：①只能車出來。②不要二次裝夾車錐孔和螺紋。③不能使用錐度心軸。④不能沒有退刀槽。⑤分粗、精加工。⑥錐孔半精車后用鉸刀加工修正一下。⑦熱處理后振動時效處理。

問題依然存在：不用二次裝夾車錐孔和螺紋，與不用心軸似乎是沖突的。如何改善？從第一次車加工的失敗后，一直想解決。采用一次裝夾一次加工出來：①錐孔和螺紋一次完成，同軸度可靠性好。②螺紋在卡盤側，剛性很好。問題是，這樣加工時，除了外圓可控，齒厚可檢測，其他就要經驗控制尺寸，否則就要配制螺母，也是加工工藝的大忌；之前剛好我們車加工了一批其他零件，上面也有Tr20×2mm的螺紋，總共20支的加工量，刀具磨損少，尺寸穩定，每次加工的中拖板數據變化穩定可控，所以才決定做這個工藝。圖2為使用工藝柄的加工工藝示意圖。

圖2 一次裝夾車出接桿工藝方案

該工藝其實也算簡單，粗車錐孔、退刀槽、梯形螺紋后，將莫氏柄的退鉆槽也銑出來；吊裝接桿進行熱處理后，夾持工藝柄精車錐孔、精鉸錐孔，并車60°孔口倒角，用于安裝頂尖；然后按照以往加工Tr20×2mm的經驗車螺紋外圓、精車梯形螺紋，完成后切斷工藝柄。加工后按圖樣要求檢測，有一支超差，為0.12mm跳動，其余9支均在0.05mm內，產品合格。

[1] 王先逵. 機械制造工藝學[M]. 北京：機械工業出版社，2003.