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數控車床螺紋加工工具的設計與應用

2017-12-7 來源：南京航空航天大學武漢大學動力與機械作者：王恒廠袁愛民趙青羅晟然周勇等

摘要: 簡述了傳統數控車床螺紋加工的方法和存在的缺點，提出了新的數控車床螺紋加工工具設計方案，介紹數控車床螺紋加工工具的工作原理、技術特點及使用方法，分析了其優缺點，通過實例進行螺紋編程加工，證明該裝置是一種結構簡單、操作簡便、實用性強的螺紋加工工具。

關鍵詞: 螺紋加工; 大軸肩; 數控車床

目前，用數控車床加工工件的螺紋，一般采用專用的螺紋車刀并通過程序控制來進行。車削加工螺紋時，工件所承受的徑向力較大。如果加工工件的螺紋公稱直徑較小且工件長度較長時，因為無法使用后頂尖裝夾，螺紋車刀對工件的徑向力容易使工件彎曲、變形，從而使加工件報［1］。因此數控車床所加工的螺紋工件，一般公稱直徑較大且長度較短。當需要使用數控車床加工公稱直徑較小、長度較長的工件螺紋時，常常采取如下方法: 把普通車床的螺紋加工機構放在數控車床的尾架上，手搖尾架加工螺紋; 或者卸下工件，用板牙架手工方法攻螺紋; 或轉到其他專用機床上加工。

這樣操作需要頻繁裝夾校正工件、啟動機床，整個工件不能在一次裝夾中最大限度完成所要求加工的工序，加工效率低［2］。另外，用螺紋車刀加工螺紋結束部分帶有直徑較大軸肩的工件，在螺紋加工結束退刀時，由于系統伺服延遲影響，車刀容易碰傷軸肩端面，從而使工件報廢［3］。為克服現有技術的不足，本文設計了一種數控車床用螺紋加工工具，可以在數控車床上連續加工直徑較小、長度較長的螺紋工件或在螺紋結束部分帶有較大直徑軸肩的工件，減少了加工輔助時間，提高了加工效率。

1 、設計原理及實施方法

本文所設計的數控車床用螺紋加工工具結構如圖 1 所示。

圖 1 螺紋加工工具結構圖

對照圖 1，螺紋加工工具主要由板牙 2、工具體4 和套筒 5 組成。工具體 4 套接在套筒 5 的外側，兩者可相對軸向移動，板牙 2 通過緊定螺釘 1 裝夾在套筒 5 的前端。在套筒 5 的周側沿其軸向設有導向槽 6，在工具體的周側沿其徑向旋接一導向螺釘 3，該螺釘延伸到套筒上的導向槽 6 中，使工具體 4 通過其上旋接的螺釘 3 沿導向槽 6 相對套筒軸向移動而不能作相對的轉動。

圖 2 外螺紋加工結構示意圖

如圖 2 所示，將圖 1 所示的螺紋加工工具裝夾在數控車床刀架 7 的橫向刀位孔內，由刀盤壓緊螺釘壓緊在刀架 7 上，裝夾時注意將工具體 4 上的導向槽朝下，以便排屑和冷卻液排出。經對刀后，工具體自然地與套筒貼緊。通過對車床運行程序的設計，使刀架 7 的軸向進給量 L 略小于被加工零件上螺紋的螺距 P。

螺紋加工開始后，當螺紋加工刀具和工件端面接觸時，由于板牙切入口是有錐度的，工件螺紋切入端也有倒角形成的錐度，二者在切入時的前幾圈要經歷一個磨合切入階段( 此時形成工件上的不完整螺紋部分) ，如果此時刀盤帶動螺紋加工工具以 1 倍螺距的走刀速度進給，往往形成如下情況:螺紋加工工具上的板牙 2 沿著螺紋加工方向前進，開始時，板牙由于切削力不夠而不能切入工件，此時板牙容易受到大的擠壓力而損壞。

因此在運行程序設計中，使車床刀架 7 的軸向進給量 L 略小于被加工零件上螺紋的螺距 P。這樣，使板牙能以較緩慢的速度切入工件 8，板牙不易受到大的擠壓力而損壞，從而有效地保護板牙和螺紋工件切入端牙型［4］。

當板牙 2 切入工件 8 后，板牙和套筒按 1 倍螺距 P / 圈的速度運動，裝夾在刀架7 上的工具體4 則按運行程序中所設計的略小于 1 倍螺距 P——— 約( 88% ～ 98% ) P / 圈的速度運動前進，套筒及板牙的移動速度快于工具體及刀盤的速度，由于套筒受到導向螺釘 3 的制約不能產生周向轉動，只能快于刀架軸向移動，工具體 4 與套筒 5 兩者間產生差動，與工具體 4 緊貼的套筒逐漸與工具體分開，套筒上的導向槽朝下安裝，加工時導向槽不斷露出，冷卻液和細小切屑便從導向槽中落下。