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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，研究數控機床上加工變導程螺紋的工藝方法，從 CAD 到 CAM 對整個螺紋加工流程進行全面實踐驗證，達到理想的效果。
 
    關鍵詞：螺紋加工 機床 變螺距螺桿 工藝研究
 
     引言
 
    機械上主要的連接法中，螺紋連接是一種能夠簡單地分解、結合的連接方式。螺紋的用處很廣，既可用于連接、緊固和調節，又可用于傳速動力或改變運動形式。例如，
車床的主軸與卡盤的連接，方刀架上螺釘對刀具的緊固，絲杠與螺母的傳動等。
 
     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
 
    用普通車床車螺紋時，是把坯料裝到車床上，使其旋轉，再由主絲杠規定車刀的進度，使進度相當于螺紋的導程，用車刀車削出螺紋，如圖 2 所示，在車床上攻內外螺紋。車床車螺紋時走的是絲桿路線，且轉速一定，在退刀時，主軸的轉動方向與進刀時相反（即反轉，而且是無慣性轉動）這就保證刀具進刀時都是在同一點上，使之不會出現亂牙。
控車床車螺紋不亂牙主要靠主軸上安裝的編碼器實現。
  
    
  
                    圖 2　用車床攻螺紋
 
    相配的內外螺紋，除旋向與線數一致外 , 螺紋的配合質量主要取決牙型角 α、螺距 P 和中徑 D2（d2）三個基本要素的精度，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。車刀刃磨兩側刃的夾角應等于螺紋軸向剖面的牙型角 α，且應前角 γ0=10°。螺紋車刀安裝時，刀尖必須與工件軸線垂直。因此，要用對刀樣板。
 
    （2）螺距 P 的保證。基本方法是在工件旋轉一周時，車刀對準移動一個螺距。所需配換齒輪的齒數及進給箱手柄的位置均標注在進給箱上的標牌上，使用時按照調整即
可。利用車床進給系統中的反向機構進行右旋和左旋螺紋的調節。
 
    車螺紋需經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“亂扣”，工件便為廢品。如果車床絲杠的螺距 P 是工件螺距 P
的整數倍，則每次切削后，可打開“對開螺母”縱向搖回刀架，而不會亂扣；如果不是整數倍，則不能打開“對開螺母”揺回刀架，只能打反車（即主軸反轉）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刀的總切深量保證。一般根據最紋牙高由刻度盤大致地控制，再用螺紋量規進行檢驗。如果通規（端）能擰進，而
止規（端）擰不進，則螺紋合格。這種方法除檢驗中徑外，還同時檢驗牙型和螺距 [1]。
 
     3、　數控機床螺紋車削
 
    螺紋的加工方法很多，隨著數控技術的日益發展，采用數控機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），并建立構建螺旋槽的接觸線，運用計算機輔助設計建立一個三維參數化實體模型，在四軸聯動的銑削加工中心上模擬出變螺距螺桿的加工過程 [2]。

     3.1　建立三位實體模型
 
    在 ProeE/Wildfire5.0 軟件中，采用至頂向下的設計方法建立分件螺桿的三維實體模型。創建三維參數化實體模型，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，故夾具上應設計有導引裝置，考慮到工件的安裝還應設計一個芯軸安裝工件，同時為保證芯軸的剛度，還需設計一個支架，其夾緊與對刀裝置前兩步已設計 [3]。
故確定其總體布局為導套 + 支架 + 芯軸 + 導引裝置的布局，選擇合理的設備和刀具后，根據計算和設計要求，確定出變螺距螺桿加工工藝過程卡，見表 1。
 
                  表 1　變螺距螺桿加工工藝過程卡
     
   
     3.3　基于 Pro/E 變螺距螺桿的模擬加工
 
     在帶有螺紋的運行程序段運行期間進給倍率無效。在加工螺紋期間，不允許更改主軸倍率。首先，獲取設計模型和工件規劃，選擇加工機床、設置夾具和刀具，要注意的是建立參照坐標系中 Z軸要與分件螺桿的軸線垂直而不是平行，它控制主軸的進給方向。然后進行操作設置（如進給速度、進給量和機床主軸轉速等）。根據變螺距螺桿的特點，選擇“自曲面等值線”曲面銑削作為該零件的切削方式，通過屏幕顯示，生成刀具路徑。設置 NC 序列，加工仿真。最后，創建CL 數據文件，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，此時彈出“播放路徑”對話框，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 數據”可以查看生成的 CL 數據，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 數據

      圖 7　加工成型的變螺距螺桿
 
     4　、結語
 
     機床中螺紋的加工方法有多種，螺紋的種類不同，加工的方法有所區別。要綜合考慮螺距的大小、刀具的強度及機床的剛性等情況，合理選擇加工方法，并根據工藝分析，在機床上加工出合格的螺紋。利用數控加工可以節約工時，并能加工出復雜的螺紋型面，而且完全實現自動化生產過程。