淺談一種基于數控車床的螺紋滾壓方法

摘 要：螺紋滾壓的目的是利用滾壓刀具對工件表面施加一定的壓力，使工件表層金屬產生塑性流動，填入到原始殘留的低凹波谷中，而達到工件表面粗糙度降低。由于被滾壓的表層金屬塑性變形，使表層組織冷硬化和晶粒變細，形成致密的纖維狀，并形成殘余應力層，硬度和強度提高，從而改善了工件的各種特性。應用普通車床對螺紋進行滾壓的方式比較常見，本文基于數控車床，對螺紋滾壓提供了一種新的工藝解決方法。

關鍵詞：螺紋滾壓；螺紋角度；滾壓刀具；數控車床

1 前言

背景技術：使用數控臥車設備加工長軸類螺紋（如液壓機拉桿）后，由于車刀不能滿足螺紋底部加工要求或者加工精度的問題，在螺紋底部存在直角或粗糙度大，導致在受力時應力集中容易斷裂，需要對螺紋底部進行滾壓，被滾壓的表層金屬塑性變形。對螺紋底部進行滾壓后，使螺紋底部為圓角，降低粗糙度，減少螺紋底部的應力，改善提高螺紋段的受力，提高零件的硬度和強度。目前對螺紋底部進行滾壓加工時，多采用普通車床手工操作滾壓，這種方式較簡單，容易在加工過程進行調整，但是，人手操作容易誤操作產生損壞，比較依賴人工經驗，生產質量也難一致。雖然數控車床為自動化加工，只要開始加工后便可按照預設的加工程序進行加工，減少人工操作，生產質量較統一，但是，由于當數控車床執行加工程序后，不能中途停止，需要加工完才能停止，而且滾壓加工不同于切削加工，這樣對于螺紋滾壓加工的要求比較高，若滾壓方法不正確時，則損壞零件和刀具，甚至損壞數控車床，存在較大的風險。所以，目前行業內很少采用數控車床進行螺紋滾壓，本領域技術人員希望有一種基于數控車床的螺紋滾壓方法，能夠實現自動滾壓加工，降低加工風險。

2 實現方案

為了更清楚地說明整個螺紋滾壓方案的實現過程，下面利用附圖做簡單地介紹。

3 具體實現方式

在數控機床上加工前先把滾刀2和待滾壓工件1的螺紋段11對刀，使滾刀2在加工過程中能夠精確地在螺槽111內移動。對刀步驟是先將滾刀2移動至螺紋段11的一側，設為加工時的刀具起始點的Z軸坐標；然后沿Z軸按照螺距的整數倍移動滾刀2，在對刀過程中不再沿Z軸移動滾刀2；接著，手動轉動工件1和沿X軸移動滾刀2，使螺槽111能正對滾刀2，滾刀2進入螺槽111內并與牙底接觸，此時設置刀具起始點的X軸坐標，設置主軸當前的角度為加工起始角度，即改變了主軸原來加工工件的起始角度。

對刀方法通過把滾刀2從刀具起始點移動至螺距倍數的位置后不再沿Z軸移動，手動轉動工件1和螺槽111適應滾刀2的位置，轉動工件1時螺槽111在Z軸上移動距離較短方便控制和調節，轉動工件1相比于在Z軸上移動滾刀2更精確和方便，減少滾刀2在螺槽111中時沿Z軸移動過多而造成螺紋的損傷。

由于滾刀2從刀具起始點的移動距離為螺距的整數倍，當在該位置對好螺槽111后，在加工時滾刀2能進入到螺槽111內，對刀具起始點的位置要求較低，不需把刀具對準螺紋段11的端部，實現在數控機床上方便地使滾刀2與螺紋對刀，提高對刀精度，當實現精準對刀后，執行加工程序開始滾壓加工，滾刀2能順利地沿著螺紋滾壓牙底，實現在數控機床上滾壓加工螺紋，降低加工風險。

在一些具體實施例中，刀具起始點位于螺紋段11的退刀槽12，退刀槽12的直徑小于螺紋的牙底的直徑，螺紋段11與退刀槽12之間存在過渡斜面13，螺紋的末端在過渡斜面13上，如此形成了過渡斜面13到螺紋末端的牙底之間為斜面過渡，而且，在過渡斜面13上的螺紋部分的牙頂會隨著過渡斜面13傾斜，即在過渡斜面13的牙頂到牙底的深度逐漸變淺，在靠近退刀槽12的方向上螺槽111的截面大小會逐漸變小，參照圖3和圖5。當滾刀2從退刀槽12的一側靠近螺紋段11時，滾刀2先經過過渡斜面13逐漸靠近螺槽111的牙底，逐漸增加與牙底的接觸和壓力，而且，螺槽111的截面大小逐漸變大，滾刀2剛進入螺槽111時，螺槽111兩側的螺牙高度很小，滾刀2很容易便可進入螺槽111內，參照圖5，圖5表示螺槽111沿延伸方向的靠近退刀槽12一側的截面示意圖。如果從螺紋段11的切削加工的起始一側開始滾壓，該側為端面時，參考圖4，圖4表示螺槽111沿延伸方向的靠近端面一側的截面示意圖，牙底的高度可能偏高，滾刀2可能直接與牙底碰撞，剛接觸時壓力就很大，另外，螺紋段11在該側的端部沒有倒角或倒角很小，螺槽111兩側的螺牙高度比較高，滾刀2需要直接進入到兩側螺牙之間，滾刀2與螺槽111的位置需要非常的精確才能進入，否則容易出現撞刀損傷螺紋和設備。本方案可減少或避免滾刀2在剛進入螺槽111時與牙底或螺牙直接碰撞，使加工更順利，進一步降低在數控車床上滾壓螺紋的風險。

在一些具體實施例中，滾刀2在沿Z軸移動的同時，沿X軸遠離螺紋段11的方向傾斜移動。滾刀2過程中，連接滾刀2的軸承，以及主軸的軸承受到的壓力較大而發熱，長時間使用后可能燒壞軸承，或者主軸受力過大而出現過載報警停機，影響加工甚至造成設備故障。所以，設置滾刀2在加工過程中沿X軸遠離螺紋段11，即滾刀2在Z軸移動過程中向外傾斜，如圖1形成角度α，逐漸減小滾壓深度，最后遠離牙底，這樣滾刀2對螺紋段11的滾壓加工為靠近退刀槽12的一段，并非整個螺紋段11，參照圖1中長度M為實際滾壓的長度，可縮短加工時間，而且加工過程中滾壓壓力也整體上呈減少趨勢，而由于工件1的螺紋段11與螺母配合受力時，螺母主要連接在螺紋段11靠近退刀槽12的一側，即螺紋段11的主要受力位置在靠近退刀槽12的一段，所以只滾壓靠近退刀槽12的一段不影響工件1的正常使用，從而減少滾刀2和主軸的承壓時間和壓力，進一步降低數控車床上滾壓螺紋的風險。

在一些具體實施例中，滾刀2可分多次滾壓至所需深度，減小每次滾壓的壓力，降低數控車床的負載。多次進給加工可以為：滾壓第一刀至第四刀時，每次增加0.1mm，逐步使滾刀深入至需要的深度；當滾壓第五刀以上，比如第五刀至第十刀時，不增加滾刀深度，滾刀按照第四刀的深度空走，修整整個螺紋的牙底在該深度。

在一些具體實施例中，滾刀2包括滾壓座和與滾壓座轉動連接的滾壓輪，滾壓輪與滾壓座之間具有擺動間隙，以供滾壓輪在滾壓過程中適應螺槽111而擺動，減少因加工誤差而造成對螺牙的損傷。由于滾壓輪與滾壓座之間具有擺動間隙，所以對數控車床開始加工后滾壓輪進入螺槽111時的配合精度要求更高，通過此對刀方法，以及從退刀槽12的一側為起始點減少進入時的位置精度要求，能使滾刀2更精度地進入到螺槽111內。

4 結語

數控車床的應用已越來越普及，普通機床終將慢慢退出歷史舞臺，本文詳述一種基于數控車床的螺紋滾壓方法，解決現實應用中無適合的普通車床又需要用到螺紋滾壓的應用場合；解決現有應用中采用普通機床手工操作時，容易誤操作，生產質量難一致的問題；解決現有應用中采用數控車床加工風險較大的技術問題，最終提供了一種更高效且質量更有保障的螺紋滾壓加工解決方案，推動機械加工工藝的進步。

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