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      摘　要：本文介紹螺紋成形的原理和普通車床加工的要素，并以分件供送螺桿為例，研究數(shù)控機(jī)床上加工變導(dǎo)程螺紋的工藝方法，從 CAD 到 CAM 對(duì)整個(gè)螺紋加工流程進(jìn)行全面實(shí)踐驗(yàn)證，達(dá)到理想的效果。
 
    關(guān)鍵詞：螺紋加工 機(jī)床 變螺距螺桿 工藝研究
 
     引言
 
    機(jī)械上主要的連接法中，螺紋連接是一種能夠簡(jiǎn)單地分解、結(jié)合的連接方式。螺紋的用處很廣，既可用于連接、緊固和調(diào)節(jié)，又可用于傳速動(dòng)力或改變運(yùn)動(dòng)形式。例如，
車床的主軸與卡盤的連接，方刀架上螺釘對(duì)刀具的緊固，絲杠與螺母的傳動(dòng)等。
 
     1　、螺紋的成形原理
 
    在直徑為 D 的圓柱上卷上一張直角三角形 abc 的紙片，如圖 1 所示，它的斜邊 ac 就成為一條螺旋線。如果沿這條曲線加工，使它像卷上一條斷面呈三角形或四角形的帶子，就形成了螺紋。
  
      

    
                           圖 1　螺牙的形成
 
     2　、普通車床加工螺紋的特點(diǎn)
 
    用普通車床車螺紋時(shí)，是把坯料裝到車床上，使其旋轉(zhuǎn)，再由主絲杠規(guī)定車刀的進(jìn)度，使進(jìn)度相當(dāng)于螺紋的導(dǎo)程，用車刀車削出螺紋，如圖 2 所示，在車床上攻內(nèi)外螺紋。車床車螺紋時(shí)走的是絲桿路線，且轉(zhuǎn)速一定，在退刀時(shí)，主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與進(jìn)刀時(shí)相反（即反轉(zhuǎn)，而且是無(wú)慣性轉(zhuǎn)動(dòng)）這就保證刀具進(jìn)刀時(shí)都是在同一點(diǎn)上，使之不會(huì)出現(xiàn)亂牙。
控車床車螺紋不亂牙主要靠主軸上安裝的編碼器實(shí)現(xiàn)。
  
    
  
                    圖 2　用車床攻螺紋
 
    相配的內(nèi)外螺紋，除旋向與線數(shù)一致外 , 螺紋的配合質(zhì)量主要取決牙型角 α、螺距 P 和中徑 D2（d2）三個(gè)基本要素的精度，如圖 3 所示。
  

    
  
                 圖 3　普通螺紋的基本要素
   
    （1）牙型角 α 的保證。取決于車刀的刃磨和安裝。車刀刃磨兩側(cè)刃的夾角應(yīng)等于螺紋軸向剖面的牙型角 α，且應(yīng)前角 γ0=10°。螺紋車刀安裝時(shí)，刀尖必須與工件軸線垂直。因此，要用對(duì)刀樣板。
 
    （2）螺距 P 的保證。基本方法是在工件旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，車刀對(duì)準(zhǔn)移動(dòng)一個(gè)螺距。所需配換齒輪的齒數(shù)及進(jìn)給箱手柄的位置均標(biāo)注在進(jìn)給箱上的標(biāo)牌上，使用時(shí)按照調(diào)整即
可。利用車床進(jìn)給系統(tǒng)中的反向機(jī)構(gòu)進(jìn)行右旋和左旋螺紋的調(diào)節(jié)。
 
    車螺紋需經(jīng)多次縱向走刀才能完成。在多次切削中，必須保證車刀總是落在已切出的螺紋槽中，否則將出現(xiàn)“亂扣”，工件便為廢品。如果車床絲杠的螺距 P 是工件螺距 P
的整數(shù)倍，則每次切削后，可打開“對(duì)開螺母”縱向搖回刀架，而不會(huì)亂扣；如果不是整數(shù)倍，則不能打開“對(duì)開螺母”揺回刀架，只能打反車（即主軸反轉(zhuǎn)）使刀架縱向退回。

    （3）中徑 d2（D2）的保證。螺紋中徑是靠控制多次進(jìn)刀的總切深量保證。一般根據(jù)最紋牙高由刻度盤大致地控制，再用螺紋量規(guī)進(jìn)行檢驗(yàn)。如果通規(guī)（端）能擰進(jìn)，而
止規(guī)（端）擰不進(jìn)，則螺紋合格。這種方法除檢驗(yàn)中徑外，還同時(shí)檢驗(yàn)牙型和螺距 [1]。
 
     3、　數(shù)控機(jī)床螺紋車削
 
    螺紋的加工方法很多，隨著數(shù)控技術(shù)的日益發(fā)展，采用數(shù)控機(jī)床加工螺紋已逐漸普及。以分件供送螺桿為例，研究三段組合式分件供送螺桿（等速度段、變加速段、等
加速段），并建立構(gòu)建螺旋槽的接觸線，運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)建立一個(gè)三維參數(shù)化實(shí)體模型，在四軸聯(lián)動(dòng)的銑削加工中心上模擬出變螺距螺桿的加工過(guò)程 [2]。

     3.1　建立三位實(shí)體模型
 
    在 ProeE/Wildfire5.0 軟件中，采用至頂向下的設(shè)計(jì)方法建立分件螺桿的三維實(shí)體模型。創(chuàng)建三維參數(shù)化實(shí)體模型，如圖 4 所示。

          圖 4　三段式變螺距螺桿
 
    3.2　制訂加工方案，確定工藝路線
  
    變螺距螺桿具有一定的剛性，在加工中心加工時(shí)在第四軸（A 軸）采用的夾緊方法為：一夾一頂，夾具類型為軸套類夾具，此軸類工件較為特殊，需要在其上面加工變螺
距螺旋槽，故夾具上應(yīng)設(shè)計(jì)有導(dǎo)引裝置，考慮到工件的安裝還應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)芯軸安裝工件，同時(shí)為保證芯軸的剛度，還需設(shè)計(jì)一個(gè)支架，其夾緊與對(duì)刀裝置前兩步已設(shè)計(jì) [3]。
故確定其總體布局為導(dǎo)套 + 支架 + 芯軸 + 導(dǎo)引裝置的布局，選擇合理的設(shè)備和刀具后，根據(jù)計(jì)算和設(shè)計(jì)要求，確定出變螺距螺桿加工工藝過(guò)程卡，見表 1。
 
                  表 1　變螺距螺桿加工工藝過(guò)程卡
     
   
     3.3　基于 Pro/E 變螺距螺桿的模擬加工
 
     在帶有螺紋的運(yùn)行程序段運(yùn)行期間進(jìn)給倍率無(wú)效。在加工螺紋期間，不允許更改主軸倍率。首先，獲取設(shè)計(jì)模型和工件規(guī)劃，選擇加工機(jī)床、設(shè)置夾具和刀具，要注意的是建立參照坐標(biāo)系中 Z軸要與分件螺桿的軸線垂直而不是平行，它控制主軸的進(jìn)給方向。然后進(jìn)行操作設(shè)置（如進(jìn)給速度、進(jìn)給量和機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速等）。根據(jù)變螺距螺桿的特點(diǎn)，選擇“自曲面等值線”曲面銑削作為該零件的切削方式，通過(guò)屏幕顯示，生成刀具路徑。設(shè)置 NC 序列，加工仿真。最后，創(chuàng)建CL 數(shù)據(jù)文件，利用后處理器生成 NC 代碼。

      在“NC 序列”菜單中選擇“播放路徑”→“屏幕演示”命令，此時(shí)彈出“播放路徑”對(duì)話框，單擊“播放”按鈕，可以觀察刀具的走刀路線，如圖 5 所示。單擊“CL 數(shù)據(jù)”可以查看生成的 CL 數(shù)據(jù)，如圖 6 所示。加工成型的變螺距螺桿如圖 7 所示。

         
         圖 5　演示刀具軌跡          圖 6　CL 數(shù)據(jù)

      圖 7　加工成型的變螺距螺桿
 
     4　、結(jié)語(yǔ)
 
     機(jī)床中螺紋的加工方法有多種，螺紋的種類不同，加工的方法有所區(qū)別。要綜合考慮螺距的大小、刀具的強(qiáng)度及機(jī)床的剛性等情況，合理選擇加工方法，并根據(jù)工藝分析，在機(jī)床上加工出合格的螺紋。利用數(shù)控加工可以節(jié)約工時(shí)，并能加工出復(fù)雜的螺紋型面，而且完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程。