精密长螺杆车削技术

2015-12-06中国工程物理研究院机械制造与工艺研究所四川绵阳621900王俊峰南浩涛

金属加工(冷加工) 2015年24期

■ 中国工程物理研究院机械制造与工艺研究所（四川绵阳 621900）王俊峰李凯南浩涛

精密长螺杆车削技术

■ 中国工程物理研究院机械制造与工艺研究所（四川绵阳 621900）王俊峰李凯南浩涛

机械制造中，有许多零件都有螺纹，由于螺纹既可用于联接、紧固及调节，又可用来传递动力和改变运动形式，因此应用十分广泛。螺纹的加工方法有很多种，在专业生产中广泛采用滚压、压辊及搓丝等一些先进工艺方法，这种工艺方法适用于批量生产，而一般机械加工中通常采用车削的方法加工螺纹。本文以精密螺杆的车削加工为例，详细阐述了细长螺杆加工中遇到的问题和解决方法，保证了精密长螺杆的加工质量。

1. 工艺分析

螺杆如图1所示，在加工过程中首先考虑工件的材料和长径比，然后考虑夹具、刀具等因素对加工产生的影响。

螺杆结构如图1所示，该零件为某模块的核心零件之一，材料为3Cr13，其制造精度直接影响到模块功能的实现。该零件存在以下加工难点：①零件外圆在φ12mm以下，杆长256mm，长径比＞21，刚性差、容易变形。②外圆φ8f7（-0.013-0.028） mm 、φ10k7（+0.016+0.001）mm，尺寸精度要求高。③外圆φ8f7（-0.013-0.028）mm、 φ10k7（+0.016+0.001）mm之间同轴度要求高（0.015mm）。④螺杆螺纹为M12×0.5-5h4h-L，螺距小，螺纹有效长度L=222mm，加工中刀具每一次走刀切削时间长、刀尖磨损大。⑤螺纹直线度要求在0.01mm内，增加了装夹及加工难度。

图 1

2. 加工难点分析

对于如图1所示细长螺杆来说，外圆尺寸精度采用磨削达到精度要求，本文主要讲述车削加工螺纹中的难点，影响车削加工的因素主要有以下几个方面：①毛坯刚性，长径比＞21，刚性差，容易变形。②半成品本身存在形状误差和位置误差，易在精加工过程中形成误差复映。③装夹时产生的弹性变形、螺纹尺寸、形位精度和表面粗糙度都不易控制。④加工切削过程中受切削力影响，使工件产生变形（刚性差），其中包括热变形和残余应力。

由于以上原因，在首次加工的过程中没有达到图样和工艺要求，其中图样要求螺杆与螺套的配合间隙在0.008mm以内（螺杆与螺套为精密微调螺纹），即在整个螺纹旋合长度上都要求间隙保证在0.008mm以内，还要保持螺母的旋合顺利及全长旋合长度的间隙一致，所以在加工过程中要充分考虑夹具、刀具、冷却、切削用量和切削速度对加工产生的影响。

3. 解决方法

在现有加工条件下，根据零件特征主要考虑从以下几点着手解决问题：

（1）装夹。采用一夹一顶装夹方式，顶尖顶紧力调整在5～8kg，用一小木棒作辅助支撑，手拿小木棒，在螺纹车削时，木棒扶在螺纹刀对面工件的另一侧，以抵消刀具的抗力，但由于人工辅助无法保持支撑力度的大小和均衡性，导致加工出的产品前后锥度较大，加工中刀具振动产生的波纹较大，表面质量差，达不到图样要求，而且刀具磨损速度加快；加之本车间数控机床没有中心架和跟刀架，只有考虑别的办法。

后采用磁力表架安装其他材料作为辅助支撑，由于螺杆为细牙螺纹，加工中辅助材料与工件磨损大，导致螺纹外径减小超差；因此改用聚四氟乙烯棒作为辅助支撑，聚四氟乙烯安装在磁力表架上，将磁力表架吸在刀塔上，聚四氟乙烯棒顶在与刀尖对称的工件表面位置，紧固磁力表架如图2所示，当刀塔移动时聚四氟乙烯支撑棒跟着移动，如此可在整个加工行程中保持均衡的辅助力，消除了加工中刀具的抗力，加工中无振动现象，加工出的零件圆柱度保持在0.005mm以内。

（2）刀具。刀具要求既要有很好的耐磨性，又要保持锋利，排屑顺畅，防止切屑缠绕。刀片选用CVD涂层刀片，排屑顺利，表面质量好。

（3）切削用量。控制最小切削用量在0.02mm/r左右，转速500～1 200r/min效果不理想，转速太低，工件成腰鼓形，转速太高，振动大，刀具磨损太快，耐磨性差，工件外径尺寸易产生锥度，影响产品质量和表面粗糙度。改用分层切削方法，减小切削力，提高转速，在1 500～2 200r/mm效果较好，产品几何精度和尺寸精度得以保证。

（4）冷却润滑。初始加工时用水冷却及普通乳化液冷却润滑，效果都不理想，加工后螺纹毛刺大，表面粗糙度值高。后改用自己调制的切削液（煤油+菜籽油+猪油）冷却润滑，既有很好的渗透性、冷却性，也有很好的润滑性，加工后零件表面粗糙度值达到Ra=1.6μm。

经过综合考虑以上几点，进行了多次切削试验，最终总结出较好的加工方法，保证了产品质量。