大直徑螺紋加工方式

劉亞玲

石油機械股份有限公司三機分公司 湖北武漢 430040

1 序言

壓縮機機體、氣缸是天然氣壓縮機的主要零部件，機體、氣缸上多處油孔、蓋板及注油器聯接孔采用螺紋孔形式，并且直徑較大，在生產加工中主要采用攻螺紋的加工方式。

目前，我公司加工螺紋主要存在以下三方面問題。

1）利用機床對機體油孔NPT2.5孔進行攻螺紋時，由于主軸負荷較大，造成螺紋混亂，達不到產品質量要求，所以采用人工通過加力杠桿攻螺紋，勞動強度高。

2 ） 加工中心加工大直徑螺紋孔時（D≥30mm）采用螺旋絲錐，絲錐磨損嚴重，平均使用壽命低。

3）部分特殊螺紋孔，例如氣缸上M36×2mm螺紋，因為受到閥孔端面垂直度的限制，所以換序后利用普通鉆床加工無法保證該要求，而采用加工中心加工該螺紋，需定制絲錐，刀具通用性差，且對主軸轉矩要求較高。

本文以解決刀具消耗和降低工人勞動強度為出發點，致力于改善車間加工中心加工大直徑螺紋孔和錐扣螺紋的加工現狀。

2 螺紋加工方式

在工件上加工內、外螺紋常見的方式主要有攻牙、車削、滾壓成形及螺紋銑削。攻牙是螺紋加工中最常見的方式，借助數控刀具的幾何形狀使螺紋成形，適用于小直徑及大批量的生產中。車削加工螺紋一般用于生產直徑較大的孔，使用轉位刀片進行車削，且工件能被自定心卡盤或單動卡盤夾持住。滾壓加工屬于無屑加工，不同螺距的滾輪安裝在滾絲機上，在軸類零件的外圓上滾壓出螺紋，這種方法適合于軸類零件的外螺紋加工。銑削螺紋采用螺紋銑刀進行加工，銑螺紋時轉矩較小，刀具與孔的接觸面積較小，因此提高了加工的安全性，避免了絲錐斷裂難取出的問題，且這種加工方式適用范圍廣，可以加工不同的材料，但要求用三軸聯動的數控機床。相對于絲錐，銑螺紋的加工效率較低，適用于小批量生產中大直徑螺紋孔的加工[1-3]。

由于機體、氣缸屬于大型箱體類零件，所以不適合采用車削、滾壓成形的加工方式。另外，由于使用絲錐加工大直徑螺紋需要機床主軸轉矩較大，且易發生絲錐斷裂問題，所以也不適合采用絲錐的加工方式。基于以上分析，決定選用螺紋銑削的加工方式來加工壓縮機機體（見圖1）、氣缸大直徑螺紋[4]。

3 螺紋銑削加工

3.1 螺紋銑削加工工藝

螺紋銑削通過三軸聯動的數控機床，利用刀具的行星式旋轉和公轉運動，在軸向每轉一圈進給一個螺距。

螺紋銑削開始時采用1/4圓弧切入或直線切入的方式，為保證銑刀旋轉一周就能完成螺紋加工，銑削時選用刀片寬度大于被加工螺紋長度的銑刀。圖2為螺紋銑削時刀具進刀及加工情況，Ri為螺紋底徑半徑，Re為切入圓弧半徑，Ra為螺紋頂半徑，CL為安全距離，β為切入圓弧角度，α為1/4圓周角度[5]。

壓縮機機體材質為一般鑄鐵，氣缸材質多為合金鋼。切削刀片的材質選用了硬質合金超微粒子+TiCN涂層，這樣的刀片具有耐磨損性的特點。加工材料及推薦切削參數見表1。

表1 加工材料及推薦切削參數

3.2 螺紋銑削加工對設備的要求

螺紋銑削借助數控機床的三軸聯動功能，加工過程中使用螺紋銑刀可以避免機用絲錐在加工螺紋盲孔底部時，機用絲錐反轉回退，造成機用絲錐折斷的現象。

目前我公司車間有臥式加工中心、數控龍門鏜銑床（見圖3）可以滿足三軸聯動數控螺紋銑削加工的要求。選取數控龍門鏜銑床GMC2550r2以及加工中心HM635這兩臺設備進行螺紋銑削加工試制。

圖3 數控龍門鏜銑床

3.3 螺紋銑削刀具的選擇

機夾螺紋銑刀適用于較大直徑（D＞25mm）的螺紋加工，螺紋銑刀有整體式、可換刀片式，刀片的型式又分為單牙型及多牙型。圖4為機夾雙刃螺紋銑刀。

圖4 機夾雙刃螺紋銑刀示意

根據機體及氣缸的螺紋特點及數量，選用可換刀片式的單刃螺紋銑刀，選取了螺距為2mm、3mm及3.5mm的普通刀片，以及螺距為8mm的NPT刀片，實現了7種螺紋加工（見表2）。

表2 刀桿、刀片及螺紋加工范圍

根據需要加工的螺紋尺寸，選用結構一樣、尺寸不同的兩種刀桿，4種刀片可以在兩種刀桿上互換安裝，實現了刀桿的通用性。兩種刀桿結構如圖5所示，刀桿尺寸參數見表3。螺紋銑刀刀桿裝夾采用了側固式壓緊方式，可選取與銑刀刀柄通用的側固式刀柄。

圖5 刀桿結構及實物

表3 刀桿尺寸參數 （單位：mm）

3.4 螺紋銑削加工編程

螺紋銑削采用了宏程序進行編程，編程內容如下。

4 加工效果分析

采用螺紋銑削方法完成了M 3 0、M 3 3、M45×2mm、M48×3mm、NPT2.5的試加工，加工結果（見表4）穩定。試驗完成后該加工方法在鋼料氣缸螺紋（D＞30mm）、機體油泵端錐螺紋加工中得到了推廣應用。

表4 銑螺紋試加工結果

使用銑削方式加工螺紋，不僅提高了加工效率、精度，降低了工人勞動強度，而且提升了機床的使用性能。由于螺紋銑刀的通用性強，相同螺距的螺紋銑刀可以加工不同尺寸的螺紋，所以減少了刀具的采購成本。使用加工中心銑削螺紋，相比之前的加工方法有以下幾方面的改進。

1）比使用普通鉆床鉆孔、攻螺紋，提高了螺紋加工的精度。

2）解決了使用絲錐加工大直徑螺紋存在的絲錐磨損嚴重的問題。

3）解決了機床主軸負荷較大的問題。

5 結束語

采用銑削的方式加工螺紋，優點在于用同一把刀柄，通過更換刀片實現不同螺距、不同直徑的螺紋加工；在加工中通過修改刀具參數來調整每次進刀深度，保證螺紋加工的尺寸和質量，尤其對于加工大直徑螺紋孔，對機床主軸的轉矩要求降低。而且對于沒有退刀槽結構的螺紋，采用車螺紋或攻螺紋的方式很難實現，但采用銑螺紋的加工方式卻容易實現。