大直径螺纹加工方式

刘亚玲

石油机械股份有限公司三机分公司 湖北武汉 430040

1 序言

压缩机机体、气缸是天然气压缩机的主要零部件，机体、气缸上多处油孔、盖板及注油器联接孔采用螺纹孔形式，并且直径较大，在生产加工中主要采用攻螺纹的加工方式。

目前，我公司加工螺纹主要存在以下三方面问题。

1）利用机床对机体油孔NPT2.5孔进行攻螺纹时，由于主轴负荷较大，造成螺纹混乱，达不到产品质量要求，所以采用人工通过加力杠杆攻螺纹，劳动强度高。

2 ） 加工中心加工大直径螺纹孔时（D≥30mm）采用螺旋丝锥，丝锥磨损严重，平均使用寿命低。

3）部分特殊螺纹孔，例如气缸上M36×2mm螺纹，因为受到阀孔端面垂直度的限制，所以换序后利用普通钻床加工无法保证该要求，而采用加工中心加工该螺纹，需定制丝锥，刀具通用性差，且对主轴转矩要求较高。

本文以解决刀具消耗和降低工人劳动强度为出发点，致力于改善车间加工中心加工大直径螺纹孔和锥扣螺纹的加工现状。

2 螺纹加工方式

在工件上加工内、外螺纹常见的方式主要有攻牙、车削、滚压成形及螺纹铣削。攻牙是螺纹加工中最常见的方式，借助数控刀具的几何形状使螺纹成形，适用于小直径及大批量的生产中。车削加工螺纹一般用于生产直径较大的孔，使用转位刀片进行车削，且工件能被自定心卡盘或单动卡盘夹持住。滚压加工属于无屑加工，不同螺距的滚轮安装在滚丝机上，在轴类零件的外圆上滚压出螺纹，这种方法适合于轴类零件的外螺纹加工。铣削螺纹采用螺纹铣刀进行加工，铣螺纹时转矩较小，刀具与孔的接触面积较小，因此提高了加工的安全性，避免了丝锥断裂难取出的问题，且这种加工方式适用范围广，可以加工不同的材料，但要求用三轴联动的数控机床。相对于丝锥，铣螺纹的加工效率较低，适用于小批量生产中大直径螺纹孔的加工[1-3]。

由于机体、气缸属于大型箱体类零件，所以不适合采用车削、滚压成形的加工方式。另外，由于使用丝锥加工大直径螺纹需要机床主轴转矩较大，且易发生丝锥断裂问题，所以也不适合采用丝锥的加工方式。基于以上分析，决定选用螺纹铣削的加工方式来加工压缩机机体（见图1）、气缸大直径螺纹[4]。

3 螺纹铣削加工

3.1 螺纹铣削加工工艺

螺纹铣削通过三轴联动的数控机床，利用刀具的行星式旋转和公转运动，在轴向每转一圈进给一个螺距。

螺纹铣削开始时采用1/4圆弧切入或直线切入的方式，为保证铣刀旋转一周就能完成螺纹加工，铣削时选用刀片宽度大于被加工螺纹长度的铣刀。图2为螺纹铣削时刀具进刀及加工情况，Ri为螺纹底径半径，Re为切入圆弧半径，Ra为螺纹顶半径，CL为安全距离，β为切入圆弧角度，α为1/4圆周角度[5]。

压缩机机体材质为一般铸铁，气缸材质多为合金钢。切削刀片的材质选用了硬质合金超微粒子+TiCN涂层，这样的刀片具有耐磨损性的特点。加工材料及推荐切削参数见表1。

表1 加工材料及推荐切削参数

3.2 螺纹铣削加工对设备的要求

螺纹铣削借助数控机床的三轴联动功能，加工过程中使用螺纹铣刀可以避免机用丝锥在加工螺纹盲孔底部时，机用丝锥反转回退，造成机用丝锥折断的现象。

目前我公司车间有卧式加工中心、数控龙门镗铣床（见图3）可以满足三轴联动数控螺纹铣削加工的要求。选取数控龙门镗铣床GMC2550r2以及加工中心HM635这两台设备进行螺纹铣削加工试制。

图3 数控龙门镗铣床

3.3 螺纹铣削刀具的选择

机夹螺纹铣刀适用于较大直径（D＞25mm）的螺纹加工，螺纹铣刀有整体式、可换刀片式，刀片的型式又分为单牙型及多牙型。图4为机夹双刃螺纹铣刀。

图4 机夹双刃螺纹铣刀示意

根据机体及气缸的螺纹特点及数量，选用可换刀片式的单刃螺纹铣刀，选取了螺距为2mm、3mm及3.5mm的普通刀片，以及螺距为8mm的NPT刀片，实现了7种螺纹加工（见表2）。

表2 刀杆、刀片及螺纹加工范围

根据需要加工的螺纹尺寸，选用结构一样、尺寸不同的两种刀杆，4种刀片可以在两种刀杆上互换安装，实现了刀杆的通用性。两种刀杆结构如图5所示，刀杆尺寸参数见表3。螺纹铣刀刀杆装夹采用了侧固式压紧方式，可选取与铣刀刀柄通用的侧固式刀柄。

图5 刀杆结构及实物

表3 刀杆尺寸参数 （单位：mm）

3.4 螺纹铣削加工编程

螺纹铣削采用了宏程序进行编程，编程内容如下。

4 加工效果分析

采用螺纹铣削方法完成了M 3 0、M 3 3、M45×2mm、M48×3mm、NPT2.5的试加工，加工结果（见表4）稳定。试验完成后该加工方法在钢料气缸螺纹（D＞30mm）、机体油泵端锥螺纹加工中得到了推广应用。

表4 铣螺纹试加工结果

使用铣削方式加工螺纹，不仅提高了加工效率、精度，降低了工人劳动强度，而且提升了机床的使用性能。由于螺纹铣刀的通用性强，相同螺距的螺纹铣刀可以加工不同尺寸的螺纹，所以减少了刀具的采购成本。使用加工中心铣削螺纹，相比之前的加工方法有以下几方面的改进。

1）比使用普通钻床钻孔、攻螺纹，提高了螺纹加工的精度。

2）解决了使用丝锥加工大直径螺纹存在的丝锥磨损严重的问题。

3）解决了机床主轴负荷较大的问题。

5 结束语

采用铣削的方式加工螺纹，优点在于用同一把刀柄，通过更换刀片实现不同螺距、不同直径的螺纹加工；在加工中通过修改刀具参数来调整每次进刀深度，保证螺纹加工的尺寸和质量，尤其对于加工大直径螺纹孔，对机床主轴的转矩要求降低。而且对于没有退刀槽结构的螺纹，采用车螺纹或攻螺纹的方式很难实现，但采用铣螺纹的加工方式却容易实现。