圆球与梯形螺纹旋风切削加工工艺研究

【摘要】不锈钢圆球(通孔)、梯形螺纹丝攻，存在难车削及生产效率低等生产难题。作者进行了工艺改革尝试，采用旋风切削加工，主要是在普通车床上安装专用旋风切削装置，分别针对加工件专用切削刀具的探究与实践，实现了批量的快速加工，从而明显提高了产品质量和加工效率，进而赢得了较好的加工效果和经济效益。

【关键词】圆球；梯形螺纹；旋风切削；工艺

前言

旋风切削梯形螺纹丝攻和圆球，实质上就是实践了采用硬质合金刀具高速切削螺纹和球面。由于它只需一次性装夹切削就能完成工件的加工，所以生产效率很高，尤其是加工批量、精度等级不是很高的产品时，更是显示出一定的优越性，所以经实践采用此工艺能取得较好的经济效益。

一、明确旋风车削螺纹和圆球的原理

1.旋风切削与通常的中机床车削有些不同，它是在加工中旋风头与专用电机通过皮带传递动力给装有刀具的刀盘，作高速旋转的主切削运动，辅以装在车床卡盘上的工件慢速旋转作圆周进给运动，同时旋风头则根据工件加工需要，随车床大(或中)拖板作纵向(横向)走刀，即完成其切削运动。2.旋风车削梯形螺纹：即是在普通车床上采用高速车削，它适合于车削梯形螺纹、蜗杆螺纹及通孔圆球等，生产效率比普通车削高得多，如图1所示.也就是把车床的刀架和小拖板拆除，附加一套预先制作组装好的旋风车刀及驱动装置，安装在中拖板上，对丝攻、丝杆螺纹、蜗杆螺纹等工件进行旋风切削加工，图1旋风刀盘上装有硬质合金车刀的转盘上，通过电动机及平胶带传动旋转，在丝杆螺距进给机构带动下，高速旋转的刀盘轴线与工件轴线互成一个与螺纹旋向相同的螺旋角，工件每转一周，刀盘沿工件轴线移动一个螺距或导程，切削刀刃在工件上运动轨迹的包络线，就是切削形成的螺纹。旋风切削螺纹可分为内切法和外切法两种(内切法加工只适合工件内孔大的内螺纹，且内螺纹长度较短)，也可按照刀盘与工件之间相对旋向分为顺切法和逆切法两种。旋风装置安装在中拖板上后，要调整与车床主轴的等高度和平行度，旋风头倾斜角度与螺纹螺旋角度相等且方向相同。所谓工件回转轴线与刀具回转轴线在水平面内平行，在此基础上再使刀具回转轴线相对工件回转轴线在铅垂面内偏转一个工件所需螺纹的螺旋角。由于旋风切削螺纹的方法与一般的车削螺纹有所不同，切削用量的选择和转速的选择也就完全不同，一般旋风头的转速每分钟2600-3400转，工件的转速每分钟2-10转，具体应根据工件螺距的大小或导程和工件的外径尺寸来定。我们加工的梯形螺纹丝攻，是用小仪表车床把丝攻的外形尺寸预先成批加工好，然后到车床上用三爪卡盘夹住专用卡盘(主要考虑旋风切削头与卡盘间的安全退刀位置)，再夹紧丝攻如图2所示。加工时一次性切削就能完成梯形螺纹丝攻的加工。3.旋风车削不锈钢通孔圆球，如图3所示其原理与加工螺纹基本相同，把车削螺纹装置上的压紧螺丝放松或拆除，转动中拖板上的圆弧槽螺丝，把车削装置转过90°角度，装上两把车刀，校正工件与刀盘垂直度、铣刀盘回转中心与工件圆球的回转中心一致。车刀与圆球要有一定的脱刀距离，装夹好后再进行试切削，测量圆度是否符合图样要求，如不符合，调试至合格为止。在车削接近圆球外径尺寸时要停止机动进给，采用手动微量进给，以提高产品的粗糙度圆度精度。

二、抓住旋风切削装置的特点

1.动力头的设计。动力头又称铣头，其设计难点在于①动力头带动刀盘旋转要求运动平稳可靠，刚性强，必须采用滚动轴承和平面轴承，结构复杂。②轴承座考虑强度、抗振、吸振、散热等诸多因素采用铸铁(球墨铸铁)，两端加油盖，以防轴承体内的油外溢。③旋风装置底板采用45#钢板，把电动机和旋风头轴承座用螺栓紧固在45#钢板上中间增设吸振垫。④必须保证刀具与被加工工件成一定角度，角度有一定的精度要求，可以安装调整。(备好厚度各不相同的调整垫片，用调整螺栓调整角度)⑤通过用无接头平皮带(酊氰材料)传动连接，由于各个部位空间有限，结构需紧凑，条件允许可适当增加涨力轮，并考虑有些工件与尾座顶针配合加工时的空间余量，一般在20-30mm，不宜过长过短。2.安装调试螺纹旋风切削装置。安装调试旋风切削装置时应考虑：①刀具的安装，刀具轴线相对于螺纹时轴向截面不能获得直线齿廓，所以应将万能量角器的一边靠在螺纹工件外圆柱的母线上，另一边与刀具切削刃接触后无间隙，见图2。②车削梯形螺纹时，梯形螺纹车刀顶宽应等于螺旋槽底的宽度，通常采用与螺旋槽底几何尺寸相对应的制作样板，再依据样板来刃磨车刀，车刀顶刃宽度尺寸相应略小于样板，样板需经过精密测量与制作，以保证螺旋槽表面粗糙度和槽底尺寸。③旋风刀盘有四个等分的装刀部位，用内六角螺丝紧固刀具，可安装四把刀同时切削，应特别注意相对位置的协调一致，如不保证刀片相对位置的精度，必将影响加工工件的精度，甚至在工件表面形成明显的刀痕，同时切削过程中还会产生较大的噪音与振动，初次安装时应注意细节并反复调试切削，直到位置合适，做好刀切记号，以便生产时刀具的修磨及安装。3.安装调试圆球铣削装置。铣削不锈钢通孔圆球，它由按照球孔尺寸规格大小而准备的芯棒，如图3所示，其原理基本相同；①只要工件回转中心与刀盘的回转中心一致，误差越小，精度越高(仍用右侧底板调节螺丝微量抬高或降低刀头)。②在圆球接近公差时，工件放慢转速，停止微量进给，工件空转一周停车测量圆球外径尺寸公差和圆球圆度公差，如公差还没有达到，继续微量进给，进行切削，记牢中拖板刻度读数进给，达到图纸要求为止。③更换刀具时，调成两把相互对称成180°，刃口方向一致，注意旋向不能反(刃口相对切削方向为转向)，否则会损坏刀具。④带孔圆球工件的装夹定位采用胀力芯棒(内孔有锥度，锥度应取较小角度，并线切割成等分槽)便于锥度芯轴旋转时胀紧圆球内孔，与之配合的外锥安装在车床尾架锥孔上，依靠尾架套筒带动锥心在锥孔内的胀紧，起到同轴定位和支承作用，同时增加了刚性，保证加工时有足够涨紧力，工件不会产生周转位移，实施对圆球的顺利切削。

三、旋风切削装置操作工艺的注意事项

1.旋风切削装置由于回转头外径有限(也可更换刀盘)，过大要与底板装置相撞，该旋风装置只适合加工直径小于100mm的螺纹工件，直径大的工件可选用C6140车床上或选用其它的方法加工。对于旋风切削刀盘，无专用刃磨设备的小型企业，不适合多刀车削螺纹，采用单刀车削螺纹，依此来避免刀盘在刃磨误差造成的加工部位的轮廓误差；如对面槽内装刀排应重量近似相等，并在直径线上与中心对称，并作动平衡调试，否则旋风头转动将不平稳而影响切削效果。2.旋风回转头上最好用对刀规或万能量角器安装刀具，切削径向跳动不大于0.03mm，轴向跳动不大于0.03mm。旋风装置上电动机的传动皮带盘直径，可适当选大些，但不可超过电动机内定子的外径，回转头主轴皮带盘直径也可适当选小些，但不可过小，否则会影响传动和皮带盘的强度，从而降低系统刚性，在加工中产生振动，在高速切削时，铁屑会产生飞溅，应注意安全，装好防护罩，操作者应带好防护用品，以防伤人。

参考文献：

[1]张希文.旋风切削加工曲面[J].机械设计与制造,2002.

作者：许月娟 单位：江苏省江阴中等专业学校