正反雙刀加工短齒梯形螺紋的方法

靳小海，賈燦，姜芳，張志娟

河北太行機(jī)械工業(yè)有限公司 河北石家莊 050000

1 序言

圖1所示零件是我公司承制的一種鐵路機(jī)車專用零件，該零件的重點(diǎn)加工要素是：Tr24×18（P9）非標(biāo)短齒雙線梯形內(nèi)螺紋。由于該螺紋的螺紋升角遠(yuǎn)大于當(dāng)量摩擦角，所以該螺紋套與螺桿配合后形成自旋螺紋副，這也是客戶的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。因此，保證螺紋兩齒面的表面粗糙度優(yōu)于技術(shù)要求的Ra=3.2μm，減小摩擦阻力是重中之重。

圖1 鐵路機(jī)車專用零件

2 單刀加工存在問題及成因

前期進(jìn)行工藝試制時，采用傳統(tǒng)的單刀加工工藝方案，所加工出的試件，只能單向自旋，反向有卡滯現(xiàn)象。對整個工藝系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)查，發(fā)現(xiàn)刀具、機(jī)床及數(shù)控程序都沒有問題。幾次改進(jìn)切削參數(shù)，問題依然存在。在不得已的情形下，進(jìn)行了破壞性檢驗(yàn)，軸向剖切試件，測量螺紋各項(xiàng)參數(shù)后也沒有發(fā)現(xiàn)問題，但螺紋左右兩齒面的表面粗糙度有細(xì)微差異。表面粗糙度值小的左齒面正是單向自旋時與螺桿接觸的表面，表面粗糙度值大的右齒面是反向卡滯時的接觸表面（螺桿的左右齒面表面粗糙度比較一致）。

造成這種現(xiàn)象的原因是該螺紋的螺紋升角較大，α＝arctan(L/π/D)＝arctan(18/3.14/23.5)≈13.7（°），致使螺紋刀具左右切削刃的工作后角變化較大（左切削刃工作后角變小，右切削刃后角變大）。左齒面受到的摩擦擠壓力遠(yuǎn)大于右齒面，左右切削刃的切削狀態(tài)不同。

基于上述情況，采取了正反雙刀加工法，使加工右齒面與左齒面的加工狀態(tài)一致，實(shí)現(xiàn)了雙向自旋要求。

3 正反雙刀加工原理

如圖2所示，對于既定旋向的螺紋加工，有兩種進(jìn)刀方式，即正切削和反切削。受此啟發(fā)，在工藝試制過程中，采用正手刀加工螺紋的左側(cè)螺旋面，反手刀加工螺紋的右側(cè)螺旋面，這就是正反雙刀加工法的原理。通過匹配車床的旋向、進(jìn)刀方向，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)齒面的同質(zhì)加工，使螺紋右側(cè)齒面的加工質(zhì)量得到提升[1]。

圖2 正反雙刀加工方式

4 工藝方法

根據(jù)零件的幾何結(jié)構(gòu)尺寸，選用ISO標(biāo)準(zhǔn)的f16mm正反內(nèi)螺紋刀桿和Tr3.0正反螺紋刀片（見圖3），利用金剛石精密磨刀機(jī)對螺紋刀片進(jìn)行改制，進(jìn)行手工刃磨，磨掉加工干涉部分，刃磨刀片的主切削后角（正刀的左切削后角和反刀的右切削后角），刃磨后的后角要比螺紋升角大3°～ 5°，刃磨時確保不損傷切削刃，防止產(chǎn)生牙型角誤差[2]。

圖3 Tr3.0正反螺紋刀片

零件為雙線螺紋，導(dǎo)程較大，采用徑向分頭方式，進(jìn)行螺紋分頭。由于所用刀具不是全牙型刀具，刀具的切削余量較大，同時，為了進(jìn)一步減小切削抗力，提升加工質(zhì)量，在切削路徑上，采用了分層趕刀、逐層逼近的加工方式，采用了靈活高效的數(shù)控宏程序編程方法，具體加工程序如下。

T0101;

G99 G97 S400 M3;

GO X21 Z10;

M8;

#1=0.2;

N1 #2=0;

N2 G0 Z[10-#2]; （正刀螺紋起點(diǎn)）

G92 X[22+#1]Z-[35+#2]F18; （第一條螺旋線）

G92 X[22+#1]Z-[35+#2]F18 Q180000 （第二條螺旋線）

#2=#2+0.7;

IF [#2 LT 2.8]GOTO 2

#1=#1+0.2

IF [#1 LT 3.3]GOTO 1

GO X150 Z150;

M1;

T0202;

S400 M4;

G0 X21 Z3;

M8;

Z-45.3;（反刀螺紋起點(diǎn)）

綜上所述，對馬鈴薯脫毒種薯的現(xiàn)狀、存在的問題進(jìn)行分析，并通過有效方法解決馬鈴薯脫毒種薯的不足，促進(jìn)甘肅省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

#1=2.1;

N3 G92 X[22+#1]Z15 F18;

G92 X[22+#1]Z15 F18 Q180000;

#1=#1+0.1;

IF[#1 LT 3.3]GOTO 3

G0 Z20

X150Z150;

M30;

在加工過程中有以下注意事項(xiàng)。

1）由于切削進(jìn)給速度較高，有可能超越機(jī)床進(jìn)給速度設(shè)定值，產(chǎn)生螺距誤差，所以，在加工前要檢查相關(guān)參數(shù)設(shè)置是否滿足進(jìn)給要求。

2）由于正、反切削時主軸的旋向不同，存在錯牙問題，因此在正式加工前，需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)方法進(jìn)行對牙操作，確定正、反兩把刀具的起始位置值，確保正、反向螺旋線重合。具體做法是：首先，對刀時確保兩把刀具的刀位點(diǎn)相同，對于該工件將螺紋刀片的“齒頂中點(diǎn)”作為刀位點(diǎn)進(jìn)行對刀測量。其次，制作試樣進(jìn)行試切，測量螺旋線偏差，確定位置補(bǔ)償值。具體操作時，先將試件外徑車成與螺紋大徑等值，再將正、反刀的試切初值距離定為導(dǎo)程的整數(shù)倍，進(jìn)行主軸等速試切。本例中兩刀的初始測試起點(diǎn)為：Z10和Z－44，兩者的距離為：10－（－44）＝54（mm），是其導(dǎo)程18mm的3倍。試切后精確測定偏差值，根據(jù)兩條螺旋線的相對位置，確定補(bǔ)償方向。本例中測定的偏差值是1.3mm，最終確定兩刀的起點(diǎn)分別是：Z10和Z－45.3。

加工零件實(shí)物如圖4所示。

圖4 零件實(shí)物

5 結(jié)束語

通過采用正反雙刀加工法達(dá)到了工藝改進(jìn)目標(biāo)，順利完成了該產(chǎn)品的試制工藝攻關(guān)任務(wù)。在批量生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品合格率達(dá)到了99%以上。這種“繞著走”的工藝方法不僅為類似加工提供了一種工藝路徑，同時也為我公司今后進(jìn)行工藝創(chuàng)新提供了思路。