螺纹转换接头的批量生产

邱伟杰

在现代机械产品的管道螺纹联接中，英制G螺纹因其优良的密封性而被广泛采用，并逐渐形成行业标准，市场上也有大量不同型号的G螺纹联接接头产品销售。随着我国对外贸易的快速发展，越来越多的美国机械产品流向中国市场。由于美国机械产品都采用美制单位，与市场上流通的英制产品（特别是管接头）没有互换性，给维修带来极大不便，导致产品维修成本高企。在市场需求的刺激下，各种规格的NPT与G螺纹的转换接头应运而生。

本文就是加工如图1所示过渡接头零件，提供给我们的坯料是六角棒料，有8.5通孔。考虑批量生产加工，设计一个简单的专用夹具，以便在加工过程中最大程度地保证装夹精度，提高生产效率。在加工时，分别由两台数控车床配合完成过渡

接头的加工，其中一台设备利用夹具体夹持毛坯料加工G1/4螺纹，另一台设备利用夹具体夹持毛坯料加工NPT螺纹。

一、夹具的设计与加工

（一）夹具的设计

夹具图样如图2所示。此夹具集夹具体、定位装置于一体，同时利用三爪自定心卡盘及夹具的变形力进行夹紧。在装夹过程中，六方棒料可根据加工的需求伸出所需长度，自由地在夹具体中定位，实现了长棒料与短棒料都能进行装夹的功能。

（二）夹具的总装

夹具可装夹六方棒料外形，使零件在夹具中进行定位，而夹具则必须依托三爪自定心卡盘在机床上进行定位及夹紧。夹

（三）夹具的加工

首先在普通车床上面加工45#钢材坯料45x22至40x20尺寸；再利用线切割电火花机床进行中间型腔部分及开口部分的切割，然后利用锉刀手工修磨至型腔尺寸，最后进行淬火热处理，提高表面硬度。

螺纹转换接头的批量生产

二、NPT与G螺纹转换接头加工

加工零件图如图1所示。

（一）加工条件

加工材质为铜，毛坯为17mm的六角棒料，中小批量生产。采用G-CNC6135数控车床两台，CZK980TA数控系统。

（二）图样分析

1.过渡接头左端为美制NPT外螺纹，尺寸代号为1/4，且螺纹表面有1：16的锥度。查《公制、美制和英制螺纹标准手册》可得该螺纹的相关数据如下：螺距P=1.411 mm；牙高h=1.129 mm；外螺纹小端面小径d1=10.996mm；螺纹牙尖削平高度为0.077mm（由于加工材料铜为软材料，易产生挤压变形，故实际加工中此值可酌情增大，此处选0.15mm）。

由于加工螺纹时，必须给定刀具一个升速距离，以保证螺纹有效长度内牙型正确，故实际加工编程时走刀轨迹及相关数据需重新绘图计算，如图4所示。

2.此过渡接头右端为一英制非密封圆柱内螺纹，尺寸代号为1/4，查《公制、美制和英制螺纹标准手册》可得相关数据如下：螺距P=1.337mm；牙高h=0.856mm；大径D=13.157mm；小径D1=11.445mm；螺纹牙尖削平高度为h/6=0.127mm（此处选0.2mm）。

3.转换接头中心为一8.5mm的通孔，无尺寸精度及表面要求。

（三）加工路线的确定

事先用锯床开料，把六角毛坯截断至25mm左右，然后于数控车床上加工：

1.加工内孔轮廓；

2.加工英制G內圆柱螺纹；

3.调头，加工外形轮廓；

4.加工NPT外螺纹。

（四）加工刀具的选用

1.刀具材质

由于加工材料铜为软材料，故需选用刀刃锋利的高速钢刀具（W18Cr4V），以减少在加工中产生的挤压变形。

2.刀具类型

根据以上工艺分析，加工此过渡接头需要的刀具有钻头、外圆车刀、外螺纹刀、镗孔刀、内螺纹刀等。各刀具规格参数如表1。

（五）切削参数的确定

1.转速n

查《数控机床刀具及其应用》工具书可得，切削铜材料的切削速度vc范围为0.67～2.92m/s，换算得40.2～170.5m/min，考虑冷却条件及刀具强度，外圆加工时选用50 m/min，内孔加工时选用40 m/min，切断加工时选用20m/min。

查阅工具书可得： n=1000×vcπ×d（公式1）

式中d为工件直径。

由于外圆锥加工时，工件直径是不断变化的，所以此处选用平均直径d—进行计算（如图4）：

d—=（19.63+11.96）/2=15.295mm，取d—=15mm为计算直径值。

根据公式1：n=1000×503.14×15=1061r/min

实践证明，高速钢刀具粗加工时转速可适当提高，精加工时转速可适当降低，为了达到最佳切削效果，故外圆锥粗加工时选用n=1000r/min，精加工时选用n=700r/min。

同理，根据公式1可求出内圆柱加工时的转速：

D—=（11.445+8.5）/2=9.97mm，取D—=10mm为计算直径值。

n=1000×403.14×10=1274r/min

故内圆柱粗加工时选用n=1250r/min，精加工时选用n=800r/min。

内、外螺纹加工时，为了达到较高的表面质量，根据加工经验，转速尽量降低，选n=250r/min。

2.进给速度vf

查《数控机床刀具及其应用》工具书可得，切削铜材料的最高进给量可达f=0.18mm/r，取外圆锥加工选f=0.15mm/r，内圆柱加工选f=0.1mm/r。

查阅工具书可得：vf=n×f（公式2）

外圆锥粗加工：vf=n×f=1000×0.15=150mm/min

外圆锥精加工：vf=n×f=700×0.15=105mm/min

内圆柱粗加工：vf=n×f=1250×0.1=125mm/min

内圆柱精加工：vf=n×f=800×0.1=80mm/min

综合前面分析的各项内容，并将其填入下表所示数控加工工艺卡片，以作为编制加工程序的主要依据。如表2、表3所示。

（六）编写程序

编写程序时要注意以下几点：

1.由于NPT外螺纹没有退刀槽，故在保证刀具不干涉零件台阶的情况下，尽可能增大螺纹的有效长度，此处选退刀距离为1.5mm。（如图4所示）

2.在每个程序的结尾部分，调出装在3号刀位的挡铁，让挡铁自动定位至（X10，Z0.2）的位置，然后装夹工件，以减少对刀操作时间。

3.在程序开始时，必须先自动切削零件端面，以去除定位时预留的0.2mm余量，同时保证零件端面的表面质量。

4.程序结束指令用“M99”，使程序结束后自动返回程序头，自动重新加工下一个零件，以减少辅助时间，提高工作效率。

（七）加工

加工前，注意对刀的精确度；加工中途，注意切削参数的动态调整及冷却状态；加工一定数量零件后，中途必须要进行适当的抽样检测螺纹配合精度，如果由于刀尖磨损等原因造成配合精度有所误差，可把测量得出的误差值补偿到相对应螺纹刀具的刀补号里面，然后再次运行加工程序即可。

实践证明，按照以上工艺分析所加工出来的过渡接头，完全能够满足配合精度要求，并且采用这一夹具定位装夹以后，保证了零件的装夹精度，提高了生产效率，节约了生产成本。这里只是阐述了诸多转换接头中的一种规格，在实际中，还有很多种规格的转换接头，例如图5所示，利用上述方法进行装夹、编程、加工，效果同样很好，产品完全满足使用性能。

责任编辑陈春阳