金鳳鳴 汪 洋

(1. 遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院；2. 沈陽桃仙國際機(jī)場股份有限公司信息機(jī)電中心)

多頭絲杠加工方法及注意事項(xiàng)①

金鳳鳴1汪 洋2

(1. 遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院；2. 沈陽桃仙國際機(jī)場股份有限公司信息機(jī)電中心)

多頭絲杠的加工在機(jī)械加工制造領(lǐng)域一直是難點(diǎn)問題，以普通車床加工方法為重點(diǎn)，介紹了多頭絲杠分頭方法及加工注意事項(xiàng)等，希望能對同類零件的加工有一定的參考價值。

多頭絲杠 加工制造 分頭方法 注意事項(xiàng)

多頭絲杠的加工是在圓柱形內(nèi)外表面加工一定形狀的螺旋槽的過程，常見的加工方法有普通車床加工、數(shù)控車床加工及五軸加工中心加工等。普通車床和數(shù)控車床加工的多頭絲杠一般牙型簡單(矩形或梯形，以梯形為主)；五軸加工中心加工的多頭螺紋一般牙型比較復(fù)雜(圓形或拋物線形)。普通車床加工的多頭絲杠一般精度要求較低、尺寸較大，主要靠好的工藝方法和經(jīng)驗(yàn)豐富的操作工人來保證；數(shù)控車床和五軸加工中心加工的絲杠一般精度要求高、牙型復(fù)雜、尺寸較小，主要靠編程和機(jī)床的精度來保證。

筆者以某型傾翻車中重長絲杠為例，介紹了普通車床加工多頭絲杠的分頭方法和加工過程中的注意事項(xiàng)。

1 普通車床加工多頭絲杠的分頭方法

在很多重型設(shè)備(如傾翻車)上都有大型多頭絲杠螺母副的使用，由于尺寸大，無法運(yùn)用高精度的數(shù)控設(shè)備進(jìn)行加工，只能在大型普通車床上完成，加工難度很大。多頭絲杠加工時，車床的主軸和刀具之間必須保持嚴(yán)格、準(zhǔn)確的運(yùn)動關(guān)系：即工件(主軸)每轉(zhuǎn)一圈，刀具應(yīng)均勻地移動該絲杠一個導(dǎo)程的距離。

多頭絲杠的各螺旋槽在軸向和周向上都是等距分布的，分頭就是解決等距分布的問題。在普通車床上加工多頭絲杠，最大的難點(diǎn)就是如何保證正確分頭。根據(jù)各螺旋槽在軸向上等距和圓周上等角度分布的情況，分頭方法主要有軸向分頭和圓周分頭兩種。

1.1軸向分頭法

軸向分頭法是當(dāng)車削完第1條螺旋槽后，將車刀沿著工件軸向方向移動一個螺距，再繼續(xù)車削另一條螺旋槽的分頭方法。這種方法只要能精確控制車刀軸向移動的距離，就可以正確完成分頭工作。具體操作有：

a. 用小滑板分頭。在車削好第1條螺旋槽后，利用車床小滑板刻度使車刀沿著軸向移動一個螺距，再繼續(xù)車出下一條螺旋槽以達(dá)到分頭的目的，此方法常用于粗車。

b. 利用開合螺母分頭。在車削螺距較大的多頭絲杠時，當(dāng)多頭絲杠的導(dǎo)程為車床絲杠螺距的整數(shù)倍并且又等于線數(shù)(工件螺距等于車床絲杠螺距)時，可以車好第1條螺旋槽后，將車刀返回車削的起刀位置，工件停止旋轉(zhuǎn)，提起開合螺母使車床床鞍向前移動一個車床絲杠螺距，再合上開合螺母車第2條螺旋槽，以此類推，車削其余螺旋槽。

c. 用量塊和百分表分頭。精度要求較高的多頭絲桿，可以利用量塊和百分表控制小滑板移動的距離。該方法簡單精確，但百分表的量程限制了絲杠的螺距，這種方法適用于分頭精度要求高的單件小批量生產(chǎn)。具體操作方法是將百分表固定在刀架上，在床鞍上裝一個固定擋塊，在車削第1條螺旋槽之前，先移動小滑板，使百分表的觸頭和擋塊接觸，然后將百分表調(diào)零。車削完第1條螺旋槽后，根據(jù)絲杠螺距移動小滑板，百分表上的讀數(shù)就是小滑板的移動量。對螺距較大的多頭絲杠分頭時，可以在擋塊和百分表之間加一量塊，量塊的厚度應(yīng)等于絲杠的螺距。

1.2圓周分頭法

多頭絲杠的各螺旋槽在圓周上等角度分布，當(dāng)車削好第1條螺旋槽后，將工件與絲杠間的傳動切斷，把工件轉(zhuǎn)過一個角度α(α=360°/絲杠頭數(shù))，再合上工件與絲杠間的傳動，車削第2條螺旋槽。具體操作有：

a. 利用掛輪齒數(shù)分頭。當(dāng)車床主軸交換齒輪1的齒數(shù)(Z1)能被絲杠頭數(shù)(n)除盡時，可利用主軸掛輪進(jìn)行分頭。操作方法是當(dāng)車好第1條螺旋槽后，停車并斷電，在主軸交換齒輪1和與它相嚙合的中間輪2并用粉筆做記號，然后脫開，用手轉(zhuǎn)動車床主軸，使主軸交換齒輪轉(zhuǎn)過Z分(Z分=Z1/n)后再嚙合，之后就可以車削第2條螺旋槽；若車床主軸交換齒輪1的齒數(shù)(Z1)不能被絲杠頭數(shù)(n)除盡[1]，在車削好第1條螺旋槽后，在被動輪3、4之間作一記號，然后將被動輪3、4脫開，再轉(zhuǎn)動被動輪4，使它轉(zhuǎn)過Z分′(Z分′=被加工絲杠螺距/車床絲杠螺距×車床絲杠頭數(shù))后再嚙合，車削下一螺旋槽，轉(zhuǎn)過Z分′時車床絲杠一定要與被動輪4一起轉(zhuǎn)動。在分頭時需要注意，開合螺母不能提起，齒輪必須向同一個方向轉(zhuǎn)動。用這種分頭方法的優(yōu)點(diǎn)是分頭精度高(取決于齒輪精度)，但所加工絲杠的頭數(shù)受到車床主軸交換齒輪1齒數(shù)(Z1)的限制，操作起來較麻煩、安全性差，對操作工人的要求比較高，所以不適宜在批量生產(chǎn)中使用。

b. 利用三爪和四爪卡盤分頭。當(dāng)多頭絲杠在車床上采用兩頂尖裝夾并用自動定心或單動卡盤替代撥盤時，可利用三爪卡盤對三頭絲杠分頭；用四爪單動卡盤對二頭、四頭絲杠分頭。當(dāng)車削好第1條螺旋槽后，只需要松開頂尖，由卡盤上的另一卡爪撥動，將工件連同雞心夾頭一起轉(zhuǎn)過一個角度α(α=360°/絲杠頭數(shù))，再頂好頂尖就可以車削第2條螺旋槽。這種分頭方法相對簡單，但分頭精度不高。

c. 利用專用分度撥盤分頭。車削一般精度的二、三、四頭絲杠，可以利用專用分度撥盤進(jìn)行分頭。當(dāng)車削完第1條螺旋槽后，利用專用分度撥盤上精確的刻度，將工件轉(zhuǎn)過一個分頭角度α，再車削下一條螺旋槽。這種方法操作簡單、效率比較高，需要專用工裝，適用于批量生產(chǎn)。

d. 用多孔插盤分頭。將多孔插盤用螺紋連接在車床的主軸上，插盤上有精度很高的等分定位插孔(一般為12或24孔)，它可以對二、三、四、六和十二頭的絲杠進(jìn)行分頭。分頭時先停車，松開螺母后拉出定位插銷，將插盤旋轉(zhuǎn)一個角度α，再把插銷插入另一個定位插孔中，鎖緊螺母，接下來就可以車削第2條螺旋槽。這種方法操作簡單、效率高，是比較理想的分頭方法。

2 多頭絲杠加工的注意事項(xiàng)

多頭絲杠的加工一直是軸類零件加工制造的難點(diǎn)，若要絲杠加工質(zhì)量合格，在分頭和加工過程中還有很多值得注意的地方。如某型傾翻車中有一重長多頭絲杠[2]，其基本情況見表1。

表1 絲杠基本情況

由于其重量和外形尺寸比較大，因此采用普通車床的小滑板來進(jìn)行分頭，它的加工具有一定的典型性和代表性。筆者以此多頭絲杠加工為例，總結(jié)加工過程中需要注意的問題：

a. 分頭精度直接影響多頭絲杠螺母副的配合精度，所以首先要解決的就是絲杠的分頭問題。多頭絲杠的分頭方法較多，選擇分頭方法的原則是，既要操作簡便、安全，又要保證分頭精度，還應(yīng)考慮絲杠尺寸、精度、數(shù)量及加工機(jī)床設(shè)備的條件等因素。

b. 車削步調(diào)要協(xié)調(diào)[3]，應(yīng)遵循“多次循環(huán)分頭，依次逐面車削”的方法進(jìn)行加工，絕不可以先將一條螺紋槽精車好，再接著車削另一條螺旋槽，一定要采取先粗車各條螺旋槽，再依次逐面精車的方法。

c. 螺紋粗加工和精加工的過程中，主軸的轉(zhuǎn)速必須保持不變，并且主軸轉(zhuǎn)速不可超過最高限制值[4]，因?yàn)橹鬏S轉(zhuǎn)速與進(jìn)給量F的乘積不能大于軸進(jìn)給的限制值，如果超過該值將造成絲杠導(dǎo)程變小。在上例中絲杠重達(dá)1 740kg，所以粗精加工時主軸轉(zhuǎn)速要合理。轉(zhuǎn)速過大時，由于離心力太大，會出現(xiàn)絲杠固定不住或車床損壞的現(xiàn)象；轉(zhuǎn)速過低時，會影響加工效率。

d. 絲杠裝夾，由于是重長絲杠，盡量采取一夾一頂?shù)姆椒ㄟM(jìn)行裝夾，同時需要加中心保持架支撐以提高剛度。工件裝夾應(yīng)牢固、穩(wěn)定可靠，防止因切削力過大使工件移動，造成分頭誤差，甚至啃刀或打刀。

e. 螺旋槽加工，外圓留余量，按絲杠螺旋槽最窄處尺寸加工出方槽，底徑處也留余量，最后再車削外圓和底徑以達(dá)到成品尺寸。

在絲杠加工過程中關(guān)于車刀有以下幾點(diǎn)需要注意：

a. 車刀裝夾。車刀裝夾前，要使用螺紋樣板或萬能角度尺校正車刀的刀尖角，防止左右偏斜引起絲杠螺旋槽尺寸不準(zhǔn)確，在刀具磨損重新刃磨后也要使用螺紋樣板對刀；同時裝夾時要求刀尖齒形對稱并垂直于絲杠軸線，還要保證刀尖和絲杠軸心等高。

b. 大螺距絲杠在加工螺旋槽時為單側(cè)刃加工，其加工刀刃很容易磨損或損傷，從而造成牙型精度較差，在加工過程中要做到及時觀察，及時修磨切削刃。

c. 多頭絲杠導(dǎo)程升角大，加工中必須考慮到導(dǎo)程升角對刀具實(shí)際工作前角和后角的影響，車刀兩側(cè)后角在刃磨時應(yīng)根據(jù)走刀的方向相應(yīng)地增減一個導(dǎo)程角。

d. 車刀角度。因?yàn)樯侠械慕z杠又重又長，車刀容易磨損或崩刀，粗車時應(yīng)選擇負(fù)的前角[5]，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，前角一般取-5～-3°。在車削螺旋槽時，不能同時車溝槽的三面，操作中應(yīng)做到定側(cè)面、定刻度、定深度。

3 結(jié)束語

多頭絲杠的加工一直是機(jī)械加工制造中的難點(diǎn)問題，筆者以某型傾翻車中的三頭重長絲杠為例，介紹了普通車床加工多頭絲杠的分頭方法和加工中的注意事項(xiàng)，為生產(chǎn)實(shí)踐中加工類似多頭絲杠提供了一些參考，也希望能為大家提供一些有益的啟示。

[1] 那鳳玲，敖寶林，李四敏.萬能銑床銑削矩形螺旋齒的實(shí)用方法[J].化工機(jī)械，2011，38(2)：251～252.

[2] 金鳳鳴，鄧志平，杜黎明.重長絲杠軸加工工藝的分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2007，(11)：104～105.

[3] 盧秉恒.機(jī)械制造基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

[4] 《重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)》編寫委員會.重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998.

[5] 陸劍中，孫家寧.金屬切削原理與刀具[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

金鳳鳴(1978-)，講師，從事數(shù)控技術(shù)與裝備的研究，88415602@qq.com。

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