正反双刀加工短齿梯形螺纹的方法

2022-01-25靳小海贾灿姜芳张志娟

金属加工(冷加工) 2022年1期

靳小海，贾灿，姜芳，张志娟

河北太行机械工业有限公司河北石家庄 050000

1 序言

图1所示零件是我公司承制的一种铁路机车专用零件，该零件的重点加工要素是：Tr24×18（P9）非标短齿双线梯形内螺纹。由于该螺纹的螺纹升角远大于当量摩擦角，所以该螺纹套与螺杆配合后形成自旋螺纹副，这也是客户的验收标准。因此，保证螺纹两齿面的表面粗糙度优于技术要求的Ra=3.2μm，减小摩擦阻力是重中之重。

图1 铁路机车专用零件

2 单刀加工存在问题及成因

前期进行工艺试制时，采用传统的单刀加工工艺方案，所加工出的试件，只能单向自旋，反向有卡滞现象。对整个工艺系统进行复查，发现刀具、机床及数控程序都没有问题。几次改进切削参数，问题依然存在。在不得已的情形下，进行了破坏性检验，轴向剖切试件，测量螺纹各项参数后也没有发现问题，但螺纹左右两齿面的表面粗糙度有细微差异。表面粗糙度值小的左齿面正是单向自旋时与螺杆接触的表面，表面粗糙度值大的右齿面是反向卡滞时的接触表面（螺杆的左右齿面表面粗糙度比较一致）。

造成这种现象的原因是该螺纹的螺纹升角较大，α＝arctan(L/π/D)＝arctan(18/3.14/23.5)≈13.7（°），致使螺纹刀具左右切削刃的工作后角变化较大（左切削刃工作后角变小，右切削刃后角变大）。左齿面受到的摩擦挤压力远大于右齿面，左右切削刃的切削状态不同。

基于上述情况，采取了正反双刀加工法，使加工右齿面与左齿面的加工状态一致，实现了双向自旋要求。

3 正反双刀加工原理

如图2所示，对于既定旋向的螺纹加工，有两种进刀方式，即正切削和反切削。受此启发，在工艺试制过程中，采用正手刀加工螺纹的左侧螺旋面，反手刀加工螺纹的右侧螺旋面，这就是正反双刀加工法的原理。通过匹配车床的旋向、进刀方向，实现两侧齿面的同质加工，使螺纹右侧齿面的加工质量得到提升[1]。

图2 正反双刀加工方式

4 工艺方法

根据零件的几何结构尺寸，选用ISO标准的f16mm正反内螺纹刀杆和Tr3.0正反螺纹刀片（见图3），利用金刚石精密磨刀机对螺纹刀片进行改制，进行手工刃磨，磨掉加工干涉部分，刃磨刀片的主切削后角（正刀的左切削后角和反刀的右切削后角），刃磨后的后角要比螺纹升角大3°～ 5°，刃磨时确保不损伤切削刃，防止产生牙型角误差[2]。

图3 Tr3.0正反螺纹刀片

零件为双线螺纹，导程较大，采用径向分头方式，进行螺纹分头。由于所用刀具不是全牙型刀具，刀具的切削余量较大，同时，为了进一步减小切削抗力，提升加工质量，在切削路径上，采用了分层赶刀、逐层逼近的加工方式，采用了灵活高效的数控宏程序编程方法，具体加工程序如下。

T0101;

G99 G97 S400 M3;

GO X21 Z10;

M8;

#1=0.2;

N1 #2=0;

N2 G0 Z[10-#2]; （正刀螺纹起点）

G92 X[22+#1]Z-[35+#2]F18; （第一条螺旋线）

G92 X[22+#1]Z-[35+#2]F18 Q180000 （第二条螺旋线）

#2=#2+0.7;

IF [#2 LT 2.8]GOTO 2

#1=#1+0.2

IF [#1 LT 3.3]GOTO 1

GO X150 Z150;

M1;

T0202;

S400 M4;

G0 X21 Z3;

M8;

Z-45.3;（反刀螺纹起点）

综上所述，对马铃薯脱毒种薯的现状、存在的问题进行分析，并通过有效方法解决马铃薯脱毒种薯的不足，促进甘肃省的经济发展。

#1=2.1;

N3 G92 X[22+#1]Z15 F18;

G92 X[22+#1]Z15 F18 Q180000;

#1=#1+0.1;

IF[#1 LT 3.3]GOTO 3

G0 Z20

X150Z150;

M30;

在加工过程中有以下注意事项。

1）由于切削进给速度较高，有可能超越机床进给速度设定值，产生螺距误差，所以，在加工前要检查相关参数设置是否满足进给要求。

2）由于正、反切削时主轴的旋向不同，存在错牙问题，因此在正式加工前，需要根据经验方法进行对牙操作，确定正、反两把刀具的起始位置值，确保正、反向螺旋线重合。具体做法是：首先，对刀时确保两把刀具的刀位点相同，对于该工件将螺纹刀片的“齿顶中点”作为刀位点进行对刀测量。其次，制作试样进行试切，测量螺旋线偏差，确定位置补偿值。具体操作时，先将试件外径车成与螺纹大径等值，再将正、反刀的试切初值距离定为导程的整数倍，进行主轴等速试切。本例中两刀的初始测试起点为：Z10和Z－44，两者的距离为：10－（－44）＝54（mm），是其导程18mm的3倍。试切后精确测定偏差值，根据两条螺旋线的相对位置，确定补偿方向。本例中测定的偏差值是1.3mm，最终确定两刀的起点分别是：Z10和Z－45.3。

加工零件实物如图4所示。