大導(dǎo)程螺紋鏈車(chē)削加工刀具理論分析

何小虎， 尚 琪， 趙金寧， 王尊義

（西安航天發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司， 陜西 西安 710000）

引言

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)上存在著許多大導(dǎo)程螺紋件，如螺旋套，這些螺紋件為非標(biāo)準(zhǔn)件，具有軸線(xiàn)距離長(zhǎng)、導(dǎo)程大、牙型精度和表面粗糙度要求高等特點(diǎn)。采用車(chē)削加工會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)速低、進(jìn)給量大、受力大等，因此車(chē)削加工大導(dǎo)程螺紋件對(duì)機(jī)床的精度和剛性要求比較高，且切削過(guò)程受力大、溫度高，會(huì)使刀具加快磨損和變形；整個(gè)系統(tǒng)剛性差，會(huì)使加工出來(lái)的螺紋表面產(chǎn)生震紋和接刀痕，這些都會(huì)影響工件的表面加工質(zhì)量，造成產(chǎn)品一致性差，質(zhì)量不穩(wěn)定。

1 數(shù)控車(chē)削螺紋原理

數(shù)控車(chē)削螺紋與使用普通車(chē)床車(chē)削螺紋在原理上有著本質(zhì)區(qū)別，普通車(chē)床車(chē)削螺紋時(shí)，由于采用的是主軸箱齒輪與絲杠聯(lián)動(dòng)的方式，即主軸旋轉(zhuǎn)一圈，刀具加工一個(gè)螺距，因此加工時(shí)的傳動(dòng)鏈條應(yīng)保證是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程。若傳動(dòng)鏈條斷開(kāi)，會(huì)導(dǎo)致螺紋加工精度降低，甚至出現(xiàn)亂扣的現(xiàn)象。而數(shù)控車(chē)床車(chē)削螺紋采用的是主軸編碼器通過(guò)脈沖信號(hào)控制數(shù)控系統(tǒng)的方式，由數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)指令控制伺服電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具的控制。

數(shù)控車(chē)削螺紋時(shí)，螺紋的起始加工位置可以通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)檢測(cè)脈沖信號(hào)來(lái)確定，二次車(chē)削螺紋時(shí)，可以利用主軸編碼器的同步信號(hào)，將刀具回位到上次的螺紋車(chē)削起始位置，這就可以保證多次對(duì)刀加工的螺紋始終保持螺旋線(xiàn)軌跡重合，提高了加工精度，避免出現(xiàn)亂扣現(xiàn)象。如果要在不帶c 軸功能的數(shù)控車(chē)床上加工多頭螺紋，實(shí)現(xiàn)螺紋在圓周方向上的分度，是通過(guò)改變螺紋加工的循環(huán)起始點(diǎn)Z 點(diǎn)的坐標(biāo)（螺紋的起始加工位置）來(lái)實(shí)現(xiàn)分度，每次起始點(diǎn)Z 點(diǎn)的坐標(biāo)沿Z 軸偏移一個(gè)螺距來(lái)實(shí)現(xiàn)分度，也就是變化螺紋的起始位置，終點(diǎn)坐標(biāo)不變，來(lái)完成零件的分度加工。

2 數(shù)控車(chē)削螺紋裝刀及對(duì)刀方法

在螺紋車(chē)削時(shí)，隨著時(shí)間的推移，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)刀具磨損、崩刃現(xiàn)象，此時(shí)需要重新磨刀、裝刀以及對(duì)刀。二次裝刀會(huì)導(dǎo)致螺紋車(chē)削的精度下降；另外，在螺紋修復(fù)過(guò)程中，也會(huì)破壞產(chǎn)品與刀具之間的相對(duì)位置關(guān)系。這兩種情況對(duì)數(shù)控車(chē)床上的螺紋加工效率影響很大，對(duì)于精度要求較高的矩形螺紋精加工，還需要采用先粗后精的加工策略，粗去余量后對(duì)矩形螺紋的兩側(cè)和槽底進(jìn)行精加工。如果不能有效解決加工過(guò)程中二次裝刀對(duì)刀問(wèn)題，該類(lèi)產(chǎn)品在數(shù)控車(chē)床上將得不到很好的應(yīng)用。

2.1 數(shù)控車(chē)床車(chē)削螺紋裝刀對(duì)刀中存在的問(wèn)題

首次裝夾刀具車(chē)削螺紋。在第一次裝夾螺紋刀時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)螺紋刀刀尖與工件回轉(zhuǎn)中心線(xiàn)不等高的現(xiàn)象，一般常用的刀具通常為焊接刀。由于制造精度差，刀桿尺寸不精確，刀尖的中心高必須通過(guò)加墊片進(jìn)行調(diào)整，刀尖中心高低與工件回轉(zhuǎn)中心高影響刀具車(chē)削的實(shí)際幾何角度。在首次裝夾刀具車(chē)削螺紋過(guò)程中，如果刀具刀尖點(diǎn)和零件回轉(zhuǎn)中心不等高，會(huì)造成車(chē)出來(lái)的螺紋牙型角不正確，影響螺紋裝配使用。若螺紋刀桿長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，車(chē)削螺紋極易振刀，影響螺紋表面粗糙度。

粗精車(chē)兩把刀對(duì)刀。加工精度高的螺紋，通常將粗精車(chē)分開(kāi)加工，如果粗加工和精加工刀具在裝夾時(shí)產(chǎn)生位移，會(huì)造成加工出來(lái)的螺紋精度不滿(mǎn)足要求。

修復(fù)工件時(shí)的對(duì)刀。修復(fù)工件相當(dāng)于二次裝夾對(duì)刀，如果第二次裝夾相比第一次產(chǎn)生誤差，使得加工出來(lái)的螺紋亂扣，造成螺紋報(bào)廢。

2.2 解決以上問(wèn)題的方法

1）車(chē)削刀具進(jìn)行二次裝夾刃磨后，使用螺紋對(duì)刀樣板將刀具刀尖調(diào)整至與螺紋回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)等高，裝刀時(shí)刀刃的前刀面必須與主軸回轉(zhuǎn)中心線(xiàn)等高，裝刀時(shí)用對(duì)準(zhǔn)中心高的對(duì)刀塊嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)中心。由于制造技術(shù)不斷提高，螺紋刀桿的精度也越來(lái)越高，如果加工時(shí)螺紋刀桿過(guò)長(zhǎng)，可以通過(guò)緊靠刀架側(cè)邊來(lái)解決。

2）對(duì)刀時(shí)利用試切的方法，將螺紋車(chē)削的粗、精加工刀具刀尖調(diào)整至同一基準(zhǔn)點(diǎn)。加工過(guò)程中可以通過(guò)調(diào)整刀補(bǔ)實(shí)現(xiàn)。

3）車(chē)削過(guò)程中，若出現(xiàn)刀具磨損或偶然崩刃導(dǎo)致需要重新裝夾對(duì)刀時(shí)，在產(chǎn)品固定位置未發(fā)生變化的前提下，僅需保證該把刀具的二次裝夾位置與修磨刀具之前的位置不變即可。

4）產(chǎn)品加工時(shí)原則上應(yīng)保證產(chǎn)品的固定位置不變，若因特殊情況，產(chǎn)品出現(xiàn)二次裝夾或相對(duì)位置改變時(shí)，必須重新確認(rèn)產(chǎn)品的加工起點(diǎn)位置。要確定產(chǎn)品加工起點(diǎn)和控制信號(hào)的起點(diǎn)位置，可以利用另外一根螺紋試驗(yàn)棒進(jìn)行淺螺紋的加工（螺紋深度0.08～0.15 mm），螺紋試驗(yàn)棒的切削參數(shù)必須與產(chǎn)品螺紋的加工參數(shù)一致。Z 軸坐標(biāo)設(shè)為螺紋起點(diǎn)端面右側(cè)的整數(shù)螺距倍數(shù)。在試棒表面加工出螺旋線(xiàn)后，在主軸卡盤(pán)圓周刻線(xiàn)記錄螺旋線(xiàn)起始位置，保證刻線(xiàn)位置和試棒螺旋線(xiàn)起點(diǎn)在圓周上共面。此時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)伺服信號(hào)位置的記錄。再次加工產(chǎn)品時(shí)，將刀具轉(zhuǎn)到加工位置，使刀具主切削刃與主軸卡盤(pán)刻線(xiàn)位置重合，讓刀具刀尖點(diǎn)完整走過(guò)一個(gè)螺紋，記錄z坐標(biāo)值，再通過(guò)計(jì)算修改編制程序中的坐標(biāo)值。

式中：m 為當(dāng)前刀具所在螺紋槽到螺紋起點(diǎn)的螺紋槽的個(gè)數(shù)；f 為螺距。例：設(shè)當(dāng)前z 值為-8，m 為4，f為3，則：z'=z+（m+2）f=10。新的螺紋加工起點(diǎn)的z 向值為10。

3 結(jié)語(yǔ)

利用數(shù)控車(chē)削技術(shù)加工大導(dǎo)程螺紋件，控制對(duì)刀和裝刀至關(guān)重要，特別是需要二次車(chē)削（修復(fù)）螺紋，最重要的是保證工件上已有螺紋螺旋線(xiàn)起點(diǎn)與主軸零點(diǎn)信號(hào)位置一致，從而避免加工出的螺紋不合格，影響產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性和可靠性[1-2]。