■ 中國(guó)工程物理研究院機(jī)械制造與工藝研究所 （四川綿陽 621900） 王俊峰 李 凱 南浩濤

精密長(zhǎng)螺桿車削技術(shù)

■ 中國(guó)工程物理研究院機(jī)械制造與工藝研究所 （四川綿陽 621900） 王俊峰 李 凱 南浩濤

機(jī)械制造中，有許多零件都有螺紋，由于螺紋既可用于聯(lián)接、緊固及調(diào)節(jié)，又可用來傳遞動(dòng)力和改變運(yùn)動(dòng)形式，因此應(yīng)用十分廣泛。螺紋的加工方法有很多種，在專業(yè)生產(chǎn)中廣泛采用滾壓、壓輥及搓絲等一些先進(jìn)工藝方法，這種工藝方法適用于批量生產(chǎn)，而一般機(jī)械加工中通常采用車削的方法加工螺紋。本文以精密螺桿的車削加工為例，詳細(xì)闡述了細(xì)長(zhǎng)螺桿加工中遇到的問題和解決方法，保證了精密長(zhǎng)螺桿的加工質(zhì)量。

1. 工藝分析

螺桿如圖1所示，在加工過程中首先考慮工件的材料和長(zhǎng)徑比，然后考慮夾具、刀具等因素對(duì)加工產(chǎn)生的影響。

螺桿結(jié)構(gòu)如圖1所示，該零件為某模塊的核心零件之一，材料為3Cr13，其制造精度直接影響到模塊功能的實(shí)現(xiàn)。該零件存在以下加工難點(diǎn)：①零件外圓在φ12mm以下，桿長(zhǎng)256mm，長(zhǎng)徑比＞21，剛性差、容易變形。②外圓φ8f7（-0.013-0.028） mm 、φ10k7（+0.016+0.001）mm，尺寸精度要求高。③外圓φ8f7（-0.013-0.028）mm、 φ10k7（+0.016+0.001）mm之間同軸度要求高（0.015mm）。④螺桿螺紋為M12×0.5-5h4h-L，螺距小，螺紋有效長(zhǎng)度L=222mm，加工中刀具每一次走刀切削時(shí)間長(zhǎng)、刀尖磨損大。⑤螺紋直線度要求在0.01mm內(nèi)，增加了裝夾及加工難度。

圖 1

2. 加工難點(diǎn)分析

對(duì)于如圖1所示細(xì)長(zhǎng)螺桿來說，外圓尺寸精度采用磨削達(dá)到精度要求，本文主要講述車削加工螺紋中的難點(diǎn)，影響車削加工的因素主要有以下幾個(gè)方面：①毛坯剛性，長(zhǎng)徑比＞21，剛性差，容易變形。②半成品本身存在形狀誤差和位置誤差，易在精加工過程中形成誤差復(fù)映。③裝夾時(shí)產(chǎn)生的彈性變形、螺紋尺寸、形位精度和表面粗糙度都不易控制。④加工切削過程中受切削力影響，使工件產(chǎn)生變形（剛性差），其中包括熱變形和殘余應(yīng)力。

由于以上原因，在首次加工的過程中沒有達(dá)到圖樣和工藝要求，其中圖樣要求螺桿與螺套的配合間隙在0.008mm以內(nèi)（螺桿與螺套為精密微調(diào)螺紋），即在整個(gè)螺紋旋合長(zhǎng)度上都要求間隙保證在0.008mm以內(nèi)，還要保持螺母的旋合順利及全長(zhǎng)旋合長(zhǎng)度的間隙一致，所以在加工過程中要充分考慮夾具、刀具、冷卻、切削用量和切削速度對(duì)加工產(chǎn)生的影響。

3. 解決方法

在現(xiàn)有加工條件下，根據(jù)零件特征主要考慮從以下幾點(diǎn)著手解決問題：

（1）裝夾。采用一夾一頂裝夾方式，頂尖頂緊力調(diào)整在5～8kg，用一小木棒作輔助支撐，手拿小木棒，在螺紋車削時(shí)，木棒扶在螺紋刀對(duì)面工件的另一側(cè)，以抵消刀具的抗力，但由于人工輔助無法保持支撐力度的大小和均衡性，導(dǎo)致加工出的產(chǎn)品前后錐度較大，加工中刀具振動(dòng)產(chǎn)生的波紋較大，表面質(zhì)量差，達(dá)不到圖樣要求，而且刀具磨損速度加快；加之本車間數(shù)控機(jī)床沒有中心架和跟刀架，只有考慮別的辦法。

后采用磁力表架安裝其他材料作為輔助支撐，由于螺桿為細(xì)牙螺紋，加工中輔助材料與工件磨損大，導(dǎo)致螺紋外徑減小超差；因此改用聚四氟乙烯棒作為輔助支撐，聚四氟乙烯安裝在磁力表架上，將磁力表架吸在刀塔上，聚四氟乙烯棒頂在與刀尖對(duì)稱的工件表面位置，緊固磁力表架如圖2所示，當(dāng)?shù)端苿?dòng)時(shí)聚四氟乙烯支撐棒跟著移動(dòng)，如此可在整個(gè)加工行程中保持均衡的輔助力，消除了加工中刀具的抗力，加工中無振動(dòng)現(xiàn)象，加工出的零件圓柱度保持在0.005mm以內(nèi)。

（2）刀具。刀具要求既要有很好的耐磨性，又要保持鋒利，排屑順暢，防止切屑纏繞。刀片選用CVD涂層刀片，排屑順利，表面質(zhì)量好。

（3）切削用量?？刂谱钚∏邢饔昧吭?.02mm/r左右，轉(zhuǎn)速500～1 200r/min效果不理想，轉(zhuǎn)速太低，工件成腰鼓形，轉(zhuǎn)速太高，振動(dòng)大，刀具磨損太快，耐磨性差，工件外徑尺寸易產(chǎn)生錐度，影響產(chǎn)品質(zhì)量和表面粗糙度。改用分層切削方法，減小切削力，提高轉(zhuǎn)速，在1 500～2 200r/mm效果較好，產(chǎn)品幾何精度和尺寸精度得以保證。

（4）冷卻潤(rùn)滑。初始加工時(shí)用水冷卻及普通乳化液冷卻潤(rùn)滑，效果都不理想，加工后螺紋毛刺大，表面粗糙度值高。后改用自己調(diào)制的切削液（煤油+菜籽油+豬油）冷卻潤(rùn)滑，既有很好的滲透性、冷卻性，也有很好的潤(rùn)滑性，加工后零件表面粗糙度值達(dá)到Ra=1.6μm。

經(jīng)過綜合考慮以上幾點(diǎn)，進(jìn)行了多次切削試驗(yàn)，最終總結(jié)出較好的加工方法，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

圖2 裝夾方式三維實(shí)體

4. 注意事項(xiàng)

根據(jù)細(xì)長(zhǎng)螺桿的加工方法總結(jié)出以下幾點(diǎn)：①合理的工藝路線。②合理的切削用量和加工方法。③合理運(yùn)用切削液和潤(rùn)滑劑。④合理選用裝夾方法。⑤刀具懸伸盡量短，增強(qiáng)刀具剛性。⑥裝夾牢靠穩(wěn)定，防止振動(dòng)。

5. 結(jié)語

在細(xì)長(zhǎng)螺桿的加工中，采用了獨(dú)特的加工方法，得到了很多經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)零件結(jié)構(gòu)特征和尺寸精度要求，反復(fù)調(diào)整切削參數(shù)、裝夾方法及選用合適的冷卻潤(rùn)滑劑，最終滿足圖樣要求，零件表面質(zhì)量很好，合格率高，保證了產(chǎn)品質(zhì)量?？偨Y(jié)出了一些加工經(jīng)驗(yàn)，為后批生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

[1] 胡農(nóng).車工技師手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

[2] 李煒新.金屬材料與熱處理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[3] 徐宏偉.數(shù)控加工工藝[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[4] 陳長(zhǎng)生，霍振生.機(jī)械基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

20150910）