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數控車（chē）床螺紋（wén）加工工具的（de）設計與應用

2017-12-7 來源：南京航空航（háng）天大學武漢大（dà）學動力與機械作者：王恒廠袁愛民趙青羅晟然周勇等

摘（zhāi）要: 簡（jiǎn）述了傳統數控（kòng）車床螺紋加工的方法和存在的缺點，提出了新的數控車床螺紋加工工具設計方案，介紹數控車床螺紋加工工具的工作原理、技術特點及使用方法，分析了其優（yōu）缺點，通過實例進行螺（luó）紋編程加工，證明該裝置是一種結構簡單、操作簡便、實用性強（qiáng）的螺紋加工工具（jù）。

關鍵詞: 螺紋加工; 大軸肩; 數控車床

目前，用數控車床加工工件的螺紋，一般采用專用的螺（luó）紋車（chē）刀並通過程序控製來進行。車削加工螺紋（wén）時（shí），工件所承受的徑向力較大。如果加（jiā）工工件（jiàn）的螺紋公稱直徑較小且工件長度較長時，因為無（wú）法使用後頂尖裝夾，螺紋車刀對工件（jiàn）的徑向力容易使工件彎（wān）曲、變形，從而使加工（gōng）件報［1］。因此數控車床所加工的（de）螺紋工件，一般公稱直徑較大且長度較短。當需要使用數控車（chē）床加工公稱直徑較小、長度較長的工件（jiàn）螺紋時，常常采（cǎi）取如下方法（fǎ）: 把普通車床（chuáng）的螺紋加工機構放（fàng）在數控車床的尾架上，手搖尾架加工螺紋; 或者卸下工件，用板牙架手工方法（fǎ）攻螺紋（wén）; 或轉到其他專用機床上加工。

這樣操作需要頻繁裝（zhuāng）夾校正工件、啟動機床，整個工件不能在一次裝夾中最大限度完（wán）成所要（yào）求加工的工序，加（jiā）工效率低［2］。另外，用螺紋車刀加工螺紋結束部分帶有直徑較大軸肩的工件（jiàn），在螺紋加工結束退刀時，由於係統伺服延遲影響，車刀容易（yì）碰傷軸肩端麵，從而使工件報廢［3］。為克服現（xiàn）有技術的不足，本文設（shè）計了一種數控車（chē）床用螺紋加工工具，可以在數控車床上連續加工直徑較小、長度（dù）較長的螺紋工件或在螺（luó）紋結束部分帶有較（jiào）大直徑軸肩的工件（jiàn），減少（shǎo）了加工（gōng）輔助時間，提高了加工效率。

1 、設計原理及實施方法

本文所設計的數控車床用螺紋加工工具結（jié）構如圖 1 所示。

圖 1 螺紋加工工具結構圖

對照圖 1，螺紋加工工具（jù）主要由板牙 2、工具體（tǐ）4 和套筒 5 組成。工具體 4 套接在套筒（tǒng） 5 的外側，兩者可相對軸向移動，板（bǎn）牙（yá） 2 通過（guò）緊定螺釘 1 裝夾在套筒 5 的前端。在（zài）套筒 5 的（de）周側沿其軸向設（shè）有導向槽 6，在工（gōng）具體的周（zhōu）側沿其徑向旋接一導向螺釘 3，該螺釘（dìng）延伸到套筒上的導向槽（cáo） 6 中，使工具體 4 通過其上旋接的螺釘 3 沿導向槽（cáo） 6 相對套筒軸向移動而不能作相對（duì）的轉動。

圖 2 外螺紋加工結構示意圖

如圖 2 所示，將圖 1 所示的螺（luó）紋加工工具裝夾在數控車床（chuáng）刀架 7 的橫向刀（dāo）位孔內，由刀盤壓緊螺釘壓緊（jǐn）在（zài）刀架 7 上，裝夾時注意將工具體 4 上的導向槽朝下，以便排屑和冷卻液排出。經對刀後（hòu），工具體自然地（dì）與（yǔ）套筒（tǒng）貼緊。通過對車（chē）床運行程序的（de）設計，使刀架 7 的軸向進給量 L 略（luè）小於被加工（gōng）零件上（shàng）螺紋（wén）的螺距 P。

螺紋加工開始後，當螺（luó）紋加工刀具和工件端麵接觸時，由於板牙切（qiē）入口是有錐度的，工件螺紋（wén）切（qiē）入端也有（yǒu）倒角形成的錐度，二者在切入時的前幾圈要經曆一個磨合切入階段( 此時形成工件上的不完整螺紋部分) ，如果此時刀盤帶動螺紋加工工具以 1 倍螺距的走刀速（sù）度進給，往往形成如下情（qíng）況（kuàng）:螺紋加工工具上的板牙（yá） 2 沿著螺紋加工（gōng）方向前進，開（kāi）始時，板牙由於切削力不夠而不能切入工件，此時板牙容易受到大的擠壓力而損壞。

因此在運行程序設計中，使車床刀架 7 的軸向進給量 L 略小於被加工零件（jiàn）上螺紋的螺距 P。這樣，使（shǐ）板牙能以較緩慢的速（sù）度（dù）切入工件 8，板牙不易受到大的擠壓力而損壞，從而有效地保護板牙和螺紋工件切入端牙型［4］。

當板（bǎn）牙 2 切入工件（jiàn） 8 後，板牙和套筒按 1 倍螺距 P / 圈的速度（dù）運動，裝夾在刀架7 上的工具體（tǐ）4 則（zé）按運行程序中（zhōng）所設計的略小於 1 倍螺距 P——— 約( 88% ～ 98% ) P / 圈的速度運動前進，套筒及板牙（yá）的移動速度快於工具體及刀盤的速度，由於套筒受到導向（xiàng）螺（luó）釘 3 的製約不能產生周向轉動，隻能快於刀架軸向移動，工具體 4 與套筒 5 兩（liǎng）者間產生差動，與工具體 4 緊貼的套筒逐漸與工具體分開，套筒上的導向槽朝下安裝，加工（gōng）時（shí）導向槽（cáo）不斷露出，冷卻液和細小切屑便（biàn）從導向槽中落下。

圖 3 內螺紋加工結構示（shì）意圖

如圖 3 所示，螺紋加工工具同（tóng）樣適（shì）用（yòng）於加工內螺紋，首先通過緊定螺釘 1 將（jiāng）絲錐 10 固定裝夾在絲錐夾套 9 上，再用螺釘將絲錐夾套 9 固定在套筒5 的前（qián）端。加工過程與外螺紋相似。

2 、設計校（xiào）核以加工

M10 × 1． 5 普通三角（jiǎo）螺紋為例，工件材質為45調質鋼，校核螺紋加工工具各組成部分的參數。

2． 1 板牙的切削速度（dù）、轉距及功率的計算

2． 2 工具體強度校核

因此，d ≤ 0． 98D = 0． 98 × 32 = 31． 36( mm) 。取工具體壁厚為 4mm，因此 d = D － 2 × 4 = 32 －8 = 24( mm) 。

因此，工具體截麵（miàn）尺寸彎曲應力滿足加工（gōng）要求，工具體尺寸合格。套（tào）筒、絲錐（zhuī）夾（jiá）套等的設計校核計算與工具體一（yī）樣，不（bú）再贅（zhuì）述。

3、編程加（jiā）工實例

本裝置屬於數控車床（chuáng）專用夾具，改套筒外形為方形，可（kě）以裝夾在數控車床的（de）四方刀架上（shàng），其對刀方式（shì）與麻花鑽鑽孔（kǒng）對刀方（fāng）法一致。現以 FANUC係統數（shù）控車（chē）床加工螺距 P 為

2mm、螺紋有效（xiào）長度為 50mm 的三（sān）角螺紋為例( 圖 4) ，編寫程序如下:

圖 4 外（wài）螺紋加工圖

4 、結束語

使用該螺紋加工工具（jù），可以使數控（kòng）車床在一次裝夾中連續完成細長軸工件（jiàn）上螺紋（wén）的加工，整個加工過程操（cāo）作簡單，自動完成，相比傳統加工方法（fǎ），裝（zhuāng）刀次數減少，節省輔助時間（jiān），擴大了數控車床的加工範圍，提高了數控車床加工（gōng）細長工件或有較大軸肩工（gōng）件的螺紋質量（liàng），提高了工作效率，從而有效降低加（jiā）工成本，減輕操作者勞動強度。

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