螺紋修復法

李路興 楊麗萍 郭澤云 宋夏剛

摘要：機器制造業中，有許多零件都具有螺紋，由于螺紋常用于緊固、聯接及調節，又可用來傳遞動力，因此應用十分廣泛。在一般的機械加工過程中，通常采用車削的方法來加工。用數控車床加工螺紋相對于普通設備來說，具有高質量、穩定性好、適合大批量生產等優點，但是如何實現螺紋返修，這是一個問題。本文針對螺紋修復這一難題，提出一種切實可行的新方法，利用螺紋套和工裝輔助，可以快速準確的使工件的螺旋線和刀具運動的軌跡重合，有效解決螺紋返修困難，返修難度高，造成產品報廢等問題。

關鍵詞：數控車床? ?螺紋? ?返修? ?工裝

引言

機器制造業中，有許多零件都具有螺紋，由于螺紋常用于緊固、聯接及調節，又可用來傳遞動力，因此應用十分廣泛。在專業生產中，雖然廣泛采用滾絲、扎絲、搓絲等一系列先進工藝，但在一般的機械加工過程中，通常還是采用車削的方法來加工。普通車床加工，對于操作者技能水平要求高，勞動強度大;數控車床加工，可以對整個生產加工工藝以及方式進行不斷的優化，提升整個零件的實際質量，在很大程度上也提高了生產效率，極大地降低了強度，因此所以數控車床生產工藝在裝備制造中起到了舉足輕重的作用。

一、原因分析

數控機床一般加工批量產品，由于加工數量大，生產周期長，常常會積累很多的殘次品，其主要原因如下：（1）螺紋車好后卸下再測量，發現螺紋尺寸不到位。（2）由于刀具的磨損原因，每一批產品都可能出現一定比例的螺紋和量具配合比較緊的返修品，（3）部分零件在使用后，螺紋發生磨損，需要通過返修后滿足再次使用的需求，這時就存在返修的問題。由于數控車床在工件卸下以后就很難再找到刀具運動的螺旋線，往往會因為工件二次裝夾定位誤差及螺紋起刀點定位不準確，導致修復螺旋線與原螺紋螺旋線不重疊的亂牙現象，造成工件的報廢。

二、數控車床指令選擇

數控車床中，螺紋切削一般有三種加工方法：G32直進式切削方法、G92直進式切削方法和G76斜進式切削方法（圖1），由于切削方法的不同，編程方法不同，造成加工誤差也不同。我們在操作使用上要仔細分析。

（1）G32直進式切削方法，由于為單行程編程，所以加工程序較長，極易出現程序點輸錯等問題。由于兩側刃同時工作，切削力較大，因此在切削時，兩切削刃容易磨損。在切削螺距較大的螺紋時，由于切削深度較大，刀刃磨損較快，從而造成螺紋中徑產生誤差;但是其加工的牙形精度較高，因此一般多用于小螺距螺紋加工。由于刀刃容易磨損，因此加工中要做到勤測量。

（2）G92直進式切削方法簡化了編程，較G32指令提高了效率。

（3）G76斜進式切削方法，由于為單側刃加工，加工刀刃容易損傷和磨損，使加工的螺紋面不直，刀尖角發生變化，而造成牙形精度較差。但由于其為單側刃工作，刀具負載較小，排屑容易，并且切削深度為遞減式。因此，此加工方法一般適用于大螺距螺紋加工。由于此加工方法排屑容易，刀刃加工工況較好，在螺紋精度要求不高的情況下，此加工方法更為方便。在加工較高精度螺紋時，可采用兩刀加工完成，既先用G76加工方法進行粗車，然后用G32加工方法精車。但要注意刀具起始點要準確，不然容易亂扣，造成零件報廢。

三、傳統修復方法

傳統方法分為普通車床修復和數控車床修復。

普通車床修復，是先在車床上找正工件，再利用移動小拖板的方法，然后使工件的螺旋線和刀具的運動軌跡重合。這樣雖然可以修復螺紋，但由于對刀時是純靠人眼觀察來對準的，必然會存在一定的誤差，從而精度較低，并且由于需要操作人員仔細觀察，勞動強度大。

數控車床上修復螺紋，先以原有的定位面裝夾定位，并采用百分表消除工件二次裝夾帶來的徑向跳動后，進行對刀。對刀時，采取與試切法類似的方式，對刀過程中Z向，X向與刀尖輕觸即可，刀具不能參與切削，以免影響后期的找正精度。完成對刀后，修改原加工程序，使得主軸低速運行，螺紋車刀靠近工件但不碰觸工件，操作者用眼睛觀察車刀刀尖至螺紋旋槽的距離。程序結束后再次修改程序參數，重復上述過程，直到車刀準確切入螺旋槽中，如圖2所示。此類修復方法調整過程繁瑣復雜，耗時較長，對工人技術熟悉程序要求較高，若稍有偏差則容易出現亂牙現象，造成工件報廢。

此外，還可以通過在卡盤和工件相對應的位置做標記，返修時裝夾工件使工件和卡盤的標記重合，但是這種方法也存在較大的誤差，而且需在每個工件上做標記，修復的精度同樣不高。

四、制定方案與工裝設計

在車床上加工螺紋時，車床主軸旋轉與刀具進給應保持嚴格的運動關系，即車床主軸旋轉一圈，車刀應沿軸向進給一個導程的位移。在螺紋第一次加工時，先將螺紋車刀運動到系統程序設定的工件起刀點A，當數控系統檢測到同步脈沖信號后，刀具起動，完成一次螺紋軸向進給加工。第一次進給完成后，刀具再次移動到工件的起刀點A，并在工件的徑向進給完成后準備第二次軸向進給，如圖3所示。重復上述過程，直至完成螺紋的加工。此種方法保證了每次切削的起刀點和退刀點都處于同一位置，避免了由于進給起刀點不同造成的螺紋亂牙，實現螺紋準確的切削加工。

針對數控車床返修螺紋，其難點在于如何精確找準起刀點，尤其是對于內螺紋和不易觀察車削情況的外螺紋。找準起刀點可以說返修螺紋就成功了一半。起刀點找到了就能使工件的螺旋線和刀具運動的軌跡相重合。

數控加工過程中，假如不拆卸零件，螺紋起刀點是固定的。因此，第一步，我們先加工一個與返修零件螺紋一致的工裝;第二步，怎么實現定位，經過多次試驗驗證，我們確定加工一個和需要返修的工件相配合的螺紋套。如果修內螺紋就加工一個和工件配合的螺紋軸，我們今天就拿修復外螺紋工件來介紹。

在加工完螺紋套后，再在數控車床上加工一個和工件直徑螺距一樣的工裝，在編制螺紋刀停刀點時，要預留出工件裝夾的距離。

工裝端面要加工一個小臺階以便于工件的兩頂裝夾，工裝和螺紋套要旋合松緊合適（這時不可以改變程序的轉數和螺距），然后把工件兩頂裝夾于工裝和尾頂之間。先不要頂死，然后旋合螺紋套至工件處，再轉動調整工件的位置使工件和螺紋套旋合，如圖4所示。這樣就使得工裝，螺紋套，工件旋合在一起，之后再頂緊工件，然后把螺紋套向卡盤方向旋轉到卡爪旋緊（以防在修復時刀具和螺紋套發生碰撞）。最后露出工件。此時工件的螺旋線和刀具運動的螺旋線就完全的重合了。然后就可以完美的對螺紋進行修復。

五、經濟及社會效益

該方法能有效解決螺紋返修困難，返修精度不高，造成產品報廢的問題，提高了工件的良品率，減少了廢品的發生，提高了企業的經濟效益。此外，本文所提方法還可以在其他產品上實現有效的延伸。

六、結論

本方法利用與需要返修的工件相配合的螺紋套和工裝輔助，可簡單、快速、精確的找到零件螺紋的起刀點，使工件的螺旋線和刀具運動的軌跡完美重合，達到高精度修復螺紋的效果。這種在數控車床上修復螺紋的方法，工件裝夾方便，不需要在卡盤和工件上標記點，效率高，適合多件或批量工件的修復，提高了工序的良品率，避免了產品的報廢，提高了經濟效益。

參考文獻：

[1] 數控車床/加工中心編程方法、技巧與實例/中國第一汽車集團公司工會組編;于久清編著.-2版.-北京：機械工業出版社，2013.4（2016.6重印）

[2] 徐志高.陶文革.王明剛螺紋返修的定位與對刀[期刊論文]-金屬加工（冷加工）2014（23）

[3] 現代機床夾具設計要點/吳拓編著。-北京：化學工業出版社，2016.7