李京遠(yuǎn)

(遼寧職業(yè)學(xué)院，遼寧 鐵嶺 112001)

0 引言

螺紋零件是機(jī)械生產(chǎn)和裝配過(guò)程中的常用零件，其主要作用是起固定和連接作用，螺紋零件在機(jī)床、汽車、農(nóng)機(jī)、工程機(jī)械等各個(gè)行業(yè)的機(jī)械裝備中應(yīng)用十分廣泛。通常情況下，我們對(duì)于常規(guī)的軸類零件、內(nèi)螺紋零件等都會(huì)采用標(biāo)準(zhǔn)螺紋的形式，這種零件在數(shù)控車床上利用固有的程序便可實(shí)現(xiàn)快速加工。在復(fù)雜的機(jī)械設(shè)計(jì)和特殊的要求下，也會(huì)不可避免設(shè)計(jì)和加工非標(biāo)準(zhǔn)零件，例如軍工產(chǎn)品、航空航天產(chǎn)品、航海設(shè)備和某些定制設(shè)備均需要使用特制的螺紋零件，因此，研究特殊螺紋零件的加工工藝和批量生產(chǎn)技術(shù)具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 非標(biāo)準(zhǔn)零件的特點(diǎn)

非標(biāo)準(zhǔn)零件是相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)零件而言的，標(biāo)準(zhǔn)零件主要是指在結(jié)構(gòu)、尺寸、技術(shù)要求等方面具有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)要求，其特點(diǎn)是通用性良好，標(biāo)準(zhǔn)零件采用規(guī)范的加工后具有良好的通用性，例如標(biāo)準(zhǔn)螺紋、標(biāo)準(zhǔn)鍵、軸承等，標(biāo)準(zhǔn)零件在緊固、連結(jié)、傳動(dòng)、密封等機(jī)械功能設(shè)計(jì)上應(yīng)用十分廣泛。非標(biāo)準(zhǔn)零件是在某些特殊要求的條件下生產(chǎn)的，有別于標(biāo)準(zhǔn)零件要求或無(wú)法采用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)生產(chǎn)的零部件，這類零件由于種類繁多、應(yīng)用量相對(duì)較少，因此沒有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)規(guī)定。以螺紋類非標(biāo)準(zhǔn)零件為例，其主要用于客戶圖紙制造、非圓柱螺紋加工、三螺旋及以上螺紋加工等領(lǐng)域，非標(biāo)準(zhǔn)零件往往不存在統(tǒng)一的公差、光潔度等要求，需要在設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行約束，通常情況下制造成本遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)零件。

2 典型非標(biāo)準(zhǔn)螺紋零件的加工方法

2.1 非圓柱表面螺紋加工

如圖1所示，為典型倒圓臺(tái)形的表面螺紋零件，此外還有很多其他的變徑螺紋件，類似這種零件的加工應(yīng)按照以下步驟實(shí)施。

圖1 非圓柱表面螺紋零件示例

(1)合理選擇加工設(shè)備，對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)圓柱表面的螺紋加工，通常不能通過(guò)簡(jiǎn)單地?cái)?shù)控車床或數(shù)控銑床來(lái)完成，對(duì)于機(jī)床需要具有一定的先進(jìn)性要求，一般需要三軸聯(lián)動(dòng)以上的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工。

(2)三維分析非標(biāo)準(zhǔn)螺紋的加工表面特點(diǎn)，將機(jī)械設(shè)計(jì)的螺紋零件導(dǎo)入數(shù)控設(shè)備，將其加工表面進(jìn)行提取，并自動(dòng)賦予螺紋走刀路徑，對(duì)于在成品零件上加工螺紋的需求，最好能夠利用反求技術(shù)獲得零件三維模型，在精確的輪廓形狀下確定加工路徑。在三維分析與設(shè)計(jì)過(guò)程中，針對(duì)螺紋牙形特點(diǎn)和螺距要求對(duì)走刀過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整。對(duì)于邊境過(guò)程尺寸或角度出現(xiàn)突變的位置，要確定加工的合理性，必要時(shí)手動(dòng)編程控制路徑轉(zhuǎn)折點(diǎn)位置的螺紋狀態(tài)。

(3)利用仿真加工來(lái)驗(yàn)證程序編制的合理性，并再次驗(yàn)證關(guān)鍵位置加工狀態(tài)。

(4)根據(jù)螺紋牙形要求設(shè)計(jì)并制作加工用刀具，簡(jiǎn)單牙形通常設(shè)計(jì)一套主加工專用刀具，配套一套專用輔助加工刀具，并合理選擇磨削、拋光等刀具。

(5)非典型螺紋零件的制造最好先進(jìn)行試制，對(duì)于貴重金屬材料的零件，為節(jié)約成本，應(yīng)選擇尼龍等材料代替試制。試制完成后，要詳細(xì)測(cè)量螺紋參數(shù)是否符合生產(chǎn)要求，對(duì)于有配套零件的情況，要在試安裝無(wú)問題后再進(jìn)行批量化的制造。

(6)非圓柱表面螺紋加工工藝可參考以下步驟進(jìn)行：①首先科學(xué)裝夾毛坯工件，多采用一夾一頂?shù)男问?，裝夾完成后主軸旋轉(zhuǎn)；②利用主加工刀具車削螺紋主體，刀具自動(dòng)移動(dòng)至起始安全位置并隨后空走一段工藝錐螺紋，主體加工可分3～4次逐步完成，直至車削量達(dá)到要求為止；③換輔助刀，再空走一段工藝錐螺紋，然后一次性進(jìn)行深加工；④若有其他去毛表、拋光等要求，需再次更換刀具，進(jìn)行相應(yīng)加工；⑤加工完成后主軸停止。

在上述制造步驟中，空走工藝螺紋的步驟具有必要性，制造過(guò)程不應(yīng)舍棄。若需要大批量生產(chǎn)這一類的非標(biāo)準(zhǔn)螺紋件，由于螺紋材料通常具有較高的硬度和強(qiáng)度，因此需利用主控技術(shù)批量制造標(biāo)準(zhǔn)化刀具，以供長(zhǎng)期生產(chǎn)使用。螺紋零件的加工過(guò)程必須要重視檢查刀具狀態(tài)，避免出現(xiàn)刀具磨損影響加工質(zhì)量的問題。

2.2 多線程螺紋零件加工

相對(duì)于非圓柱表面螺紋加工，多線程的螺紋零件加工在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中更為常見，其中以3線螺紋制造較為典型，而利用常規(guī)的數(shù)控車床加工3線螺紋具有一定的難度，這主要是因?yàn)?線的螺紋加工需要加工專用的掛輪進(jìn)行配合，而這種加工方式會(huì)在一定程度上提高生產(chǎn)制造的成本。因此，為優(yōu)化多線程螺紋零件的制造過(guò)程，可以考慮從以下工藝思路出發(fā)進(jìn)行優(yōu)化制造。

針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)螺紋的螺距特點(diǎn)，其螺距可通過(guò)機(jī)械手冊(cè)查出，可知標(biāo)準(zhǔn)螺距是按分段等差數(shù)列的規(guī)律排列的，若在加工的過(guò)程中不希望重新制造掛輪，則需要通過(guò)計(jì)算獲得合理的導(dǎo)程變換方案，此計(jì)算應(yīng)根據(jù)2線程的導(dǎo)程為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算，也可根據(jù)其他直接加工的多線程進(jìn)行計(jì)算，并結(jié)合數(shù)控機(jī)床實(shí)際的已有掛輪變換特點(diǎn)進(jìn)行考慮。以2線程為例，利用2線程螺紋制造導(dǎo)輪來(lái)加工3線程螺紋，應(yīng)使其導(dǎo)程值為2線程的3/4倍，將此值設(shè)置準(zhǔn)確，即可通過(guò)利用已有導(dǎo)輪完成對(duì)奇數(shù)項(xiàng)線程的螺紋零件的制造，并有效節(jié)約生產(chǎn)成本和時(shí)間。

2.3 變螺距螺紋零件的加工

變螺距螺紋零件在食品、運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)應(yīng)用較為廣泛，多用于調(diào)整物料運(yùn)輸速度或產(chǎn)生逐步擠壓力等情況，如圖2所示，為食品擠壓螺旋結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)中采用了變螺距的螺紋結(jié)構(gòu)，需要一定的加工技巧才能實(shí)現(xiàn)快速制造。

圖2 變螺距螺紋零件加工

變螺距螺紋的制造需要在主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，刀具按照數(shù)控機(jī)床的功能實(shí)施勻加速或勻減速運(yùn)動(dòng)，這對(duì)于現(xiàn)代化的數(shù)控車床只需要編寫好合適的程序即可實(shí)現(xiàn)，只是在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，由于加工車削量的逐步加大，為避免出現(xiàn)刀具磨損過(guò)快和刀具損壞問題，必須合理設(shè)計(jì)車削量并采取分層車削方法進(jìn)行加工。此外，對(duì)于等槽寬變螺距螺紋加工可按照等螺距螺紋先進(jìn)行加工，再利用數(shù)控機(jī)床使刀具向后移動(dòng)槽寬距離進(jìn)行反復(fù)加工，也可制造出符合要求的變螺距螺紋零件。

3 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)生產(chǎn)中常見的三種非標(biāo)螺紋零件的加工方法和可行工藝進(jìn)行了分析，提供了非標(biāo)零件制造的常用思路，有利于典型非標(biāo)螺紋件加工問題的解決。在機(jī)械制造過(guò)程中，同一類零件的制造會(huì)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)要求和細(xì)節(jié)的不同使生產(chǎn)制造方式存在較大的差異，螺紋類零件作為生產(chǎn)過(guò)程中常見的零件，在實(shí)際應(yīng)用中的種類繁雜，尤其是非標(biāo)類的螺紋零件，在不同的設(shè)計(jì)中會(huì)根據(jù)功能和尺寸等要求存在典型的差異性特點(diǎn)，對(duì)制造工藝的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程的實(shí)施加大了難度。要進(jìn)一步提高非標(biāo)類螺紋零件的加工質(zhì)量，就要求加工人員根據(jù)設(shè)計(jì)要求積極開闊思路，設(shè)計(jì)巧妙而又可行的加工工藝，確保非標(biāo)類螺紋零件的加工質(zhì)量。同時(shí)，針對(duì)非標(biāo)螺紋件的設(shè)計(jì)，也必須充分考慮加工過(guò)程的簡(jiǎn)便性和可行性，加強(qiáng)設(shè)計(jì)與制造程序之間的交流溝通，進(jìn)一步提高非標(biāo)螺紋件的設(shè)計(jì)科學(xué)性和制造可行性。