螺旋加工技术应用：夹具刀具使用

1前言

内外螺纹加工技术是枪械生产的关键技术。枪械制造单元内、外螺纹锁紧的精度直接决定了枪械的射击精度和使用寿命。下面重点介绍内螺纹的数控加工技术。

2设计原理分析

虽然车削螺钉属于车削螺纹的范畴，但与车削螺纹有本质区别。车削螺纹只需要给出螺距、进给深度和切削长度，给出螺纹加工循环的指令G92即可完成车削。除了上述数据外，丝杠还需要精确控制进给点的起始位置和角度。所有的螺钉加工都要求螺钉的起始角(螺钉的起点与工件水平基准面的夹角)，范围为30° ~ 40°，这就要求夹具在轴向定位的同时，必须精确限定工件的旋转角度，然后数控系统通过专用的螺纹加工循环指令G32 [1]完成加工。一台零件车床的螺旋过程如图1所示，其中旋切起点坐标距C平面50.4 mm(Z方向)，沿C平面顺时针旋转，螺距为3 mm .螺旋面粗糙度值ra ≤ 1.6 μ m。

2.1夹具设计思路

假设工件为回转圆柱体，在内孔某一位置的轴向距离处加工内螺纹，优选自定心卡盘夹紧工件。圆柱形旋转体可以任意夹在自定心卡盘中，旋转时是一个正圆。当工件旋转一周时，为了控制丝杠的起始角度，需要在自定心卡盘或专用夹具中限制工件的径向旋转位置角度。通常的做法是先在工件外圆上铣平面，要求铣平面的平面度≤0.05mm，相对于工件轴线的平行度≤0.02mm；然后以铣出的平面为加工基准，在给定轴向尺寸的外圆上钻φ4mm的工艺孔，并在后续工序的可拆卸部分钻工艺孔，要求相对于基准平面的垂直度≤0.03mm；钻孔后，插入φ4mm销钉，将工件放入自定心卡盘。将φ4毫米的销钉紧紧地连接到自定心卡盘的三个卡爪中的一个卡爪上，然后拧紧。工艺引脚的位置如图2所示。至此，解决了圆柱形工件在自定心卡盘中的径向定位问题，即螺旋线的起始角受限[2]。图3显示了燃烧室工件。

如果工件的外轮廓是立方体，就需要加工孔内的螺杆，还有控制螺杆起始角度的问题。通常的做法是先制作专用工装，用夹具限制工件的径向旋转角度，可以方便地限制内螺纹的初始角度。

2.2加工难点分析

由于螺钉的端点往往与工件基准面有着非常高精度的位置尺寸关系，所以在加工内孔螺钉时，需要在窗口进刀和退刀(窗口相当于加工螺纹时的进刀和退刀槽)，也就是说整个螺钉加工过程都是在断续切削的情况下进行的，同时刀盘直径会受到孔径的限制，每次刀具行程后刀盘都会反弹。另外，由于被加工螺旋面的表面质量要求很高，一般要求表面粗糙度Ra达到0.8 ~ 1.6微米，所以对加工内螺纹所用的刀具要求很高。

对于内孔螺旋刀具，在加工过程中存在排屑空间小、冷却不充分、连续断续切削等问题，会造成刀具的非正常磨损，从而大大缩短其使用寿命。这些问题在孔中螺钉的加工中都会遇到[3]。刀具磨损后，螺旋面的表面质量将达不到工艺要求。同时，断续切削产生的反弹力也会增大。当达到金属疲劳极限时，刀杆将从颈部或根部断裂。断续切削还会使刀具刃口急剧磨损，产生脱刀现象，造成螺旋槽底部直径减小，达不到尺寸要求的问题。只有改善加工区域恶劣的切削环境，才能继续加工。

2.3工具应用分析

为了解决上述问题，通常选择高速钢制作刀具。高速钢具有较高的强度和韧性，能耐高温和抗冲击。在满足工件孔径和螺旋槽单边深度限制的前提下，尽可能增大刀杆的截面积，使刀具具有较好的强度和韧性，可以抵抗断续切削引起的刀头回弹现象。刀也应该磨快，以尽量减少让刀的发生。同时，切削液要充分喷洒，切削速度要低，用粗、精车小余量切削，可以把刀具磨损降到最低。图4显示了切割器。

2.4切削工具的研磨

在实际应用中，由于工件孔径的限制，刀盘宽度应小于内孔直径，这样刀具才能进入孔内进行切削。为了尽可能地增加刀杆的横截面积，切削刃与刀杆之间的距离只需略大于螺旋槽的单边深度即可。这就减少了可重复使用工具的数量，特别不适合手工打磨和重复使用。要解决这个问题，把小磨头放在自定心卡盘上夹紧并开始正转，把刀具放在刀架上略高于磨头中心轴线的位置，然后拧紧，用手轮把刀具移到磨头上，稍微进给刃口使其变锋利。图5显示了工具研磨。

3编程

螺纹加工常用的指令有G92、G32和G76等。螺丝进给必须在窗口处进行，螺丝的起始角度必须正确，才能准确定位螺丝的起始位置。每次切削后，编辑退刀步，否则会过切，导致起始位置偏差。经过多次试验和比较，选择G32指令进行编程。G32代码后缀可以编辑前进和后退数据，也可以编辑Q指令来改变起始角度。采用G32指令的缺点是编程工作量大。因为一个程序段语句只能控制一个动作，所以需要编辑多个程序才能完成螺旋车削过程[4]。图6是一个零件的螺旋加工图形，其中螺旋的起点B在φ19.2mm的圆上，螺距为(7±0.045)mm，为右旋。螺旋面粗糙度值ra ≤ 1.6 μ m

编辑过程如下。

T0101 M04 S20

G0 X-15.6 Z20 M08

Z-74.44

G32 X-16.2 F30 J0 K0

G32 Z-60.7 F7 J0 K0

G0 X-15.6

Z-74.44

G32 X-16.3 F30 J0 K0

G32 Z-60.7 F7 J0 K0

G0 X-15.6

Z-74.44

G32 X-16.4 F30 J0 K0

G32 Z-60.7 F7 J0 K0

G0 X-15.6

Z-74.44

G32 X-16.5……

程序依次编译，直到“G32 X-20.2……”，可见编程工作量非常大。但在实际加工中，工序大小可控，加工精度有保证，工序符合度100%。

4结束语

螺杆加工技术不仅应用于军工产品制造领域，也广泛应用于民用产品制造。螺杆不仅可以在数控车床上加工，也可以在四轴数控铣床上加工。这项技术不是一朝一夕可以完成的，需要多年的实践经验。摘要:通过对车削夹具和刀具使用的分析和改进加工方法的介绍，本着实用性的原则，重点分享了孔内螺钉的加工工艺和经验，试图解决类似加工中遇到的实际问题。