螺纹修复法

李路兴 杨丽萍 郭泽云 宋夏刚

摘要：机器制造业中，有许多零件都具有螺纹，由于螺纹常用于紧固、联接及调节，又可用来传递动力，因此应用十分广泛。在一般的机械加工过程中，通常采用车削的方法来加工。用数控车床加工螺纹相对于普通设备来说，具有高质量、稳定性好、适合大批量生产等优点，但是如何实现螺纹返修，这是一个问题。本文针对螺纹修复这一难题，提出一种切实可行的新方法，利用螺纹套和工装辅助，可以快速准确的使工件的螺旋线和刀具运动的轨迹重合，有效解决螺纹返修困难，返修难度高，造成产品报废等问题。

关键词：数控车床   螺纹   返修   工装

引言

机器制造业中，有许多零件都具有螺纹，由于螺纹常用于紧固、联接及调节，又可用来传递动力，因此应用十分广泛。在专业生产中，虽然广泛采用滚丝、扎丝、搓丝等一系列先进工艺，但在一般的机械加工过程中，通常还是采用车削的方法来加工。普通车床加工，对于操作者技能水平要求高，劳动强度大;数控车床加工，可以对整个生产加工工艺以及方式进行不断的优化，提升整个零件的实际质量，在很大程度上也提高了生产效率，极大地降低了强度，因此所以数控车床生产工艺在装备制造中起到了举足轻重的作用。

一、原因分析

数控机床一般加工批量产品，由于加工数量大，生产周期长，常常会积累很多的残次品，其主要原因如下：（1）螺纹车好后卸下再测量，发现螺纹尺寸不到位。（2）由于刀具的磨损原因，每一批产品都可能出现一定比例的螺纹和量具配合比较紧的返修品，（3）部分零件在使用后，螺纹发生磨损，需要通过返修后满足再次使用的需求，这时就存在返修的问题。由于数控车床在工件卸下以后就很难再找到刀具运动的螺旋线，往往会因为工件二次装夹定位误差及螺纹起刀点定位不准确，导致修复螺旋线与原螺纹螺旋线不重叠的乱牙现象，造成工件的报废。

二、数控车床指令选择

数控车床中，螺纹切削一般有三种加工方法：G32直进式切削方法、G92直进式切削方法和G76斜進式切削方法（图1），由于切削方法的不同，编程方法不同，造成加工误差也不同。我们在操作使用上要仔细分析。

（1）G32直进式切削方法，由于为单行程编程，所以加工程序较长，极易出现程序点输错等问题。由于两侧刃同时工作，切削力较大，因此在切削时，两切削刃容易磨损。在切削螺距较大的螺纹时，由于切削深度较大，刀刃磨损较快，从而造成螺纹中径产生误差;但是其加工的牙形精度较高，因此一般多用于小螺距螺纹加工。由于刀刃容易磨损，因此加工中要做到勤测量。

（2）G92直进式切削方法简化了编程，较G32指令提高了效率。

（3）G76斜进式切削方法，由于为单侧刃加工，加工刀刃容易损伤和磨损，使加工的螺纹面不直，刀尖角发生变化，而造成牙形精度较差。但由于其为单侧刃工作，刀具负载较小，排屑容易，并且切削深度为递减式。因此，此加工方法一般适用于大螺距螺纹加工。由于此加工方法排屑容易，刀刃加工工况较好，在螺纹精度要求不高的情况下，此加工方法更为方便。在加工较高精度螺纹时，可采用两刀加工完成，既先用G76加工方法进行粗车，然后用G32加工方法精车。但要注意刀具起始点要准确，不然容易乱扣，造成零件报废。

三、传统修复方法

传统方法分为普通车床修复和数控车床修复。

普通车床修复，是先在车床上找正工件，再利用移动小拖板的方法，然后使工件的螺旋线和刀具的运动轨迹重合。这样虽然可以修复螺纹，但由于对刀时是纯靠人眼观察来对准的，必然会存在一定的误差，从而精度较低，并且由于需要操作人员仔细观察，劳动强度大。

数控车床上修复螺纹，先以原有的定位面装夹定位，并采用百分表消除工件二次装夹带来的径向跳动后，进行对刀。对刀时，采取与试切法类似的方式，对刀过程中Z向，X向与刀尖轻触即可，刀具不能参与切削，以免影响后期的找正精度。完成对刀后，修改原加工程序，使得主轴低速运行，螺纹车刀靠近工件但不碰触工件，操作者用眼睛观察车刀刀尖至螺纹旋槽的距离。程序结束后再次修改程序参数，重复上述过程，直到车刀准确切入螺旋槽中，如图2所示。此类修复方法调整过程繁琐复杂，耗时较长，对工人技术熟悉程序要求较高，若稍有偏差则容易出现乱牙现象，造成工件报废。

此外，还可以通过在卡盘和工件相对应的位置做标记，返修时装夹工件使工件和卡盘的标记重合，但是这种方法也存在较大的误差，而且需在每个工件上做标记，修复的精度同样不高。

四、制定方案与工装设计

在车床上加工螺纹时，车床主轴旋转与刀具进给应保持严格的运动关系，即车床主轴旋转一圈，车刀应沿轴向进给一个导程的位移。在螺纹第一次加工时，先将螺纹车刀运动到系统程序设定的工件起刀点A，当数控系统检测到同步脉冲信号后，刀具起动，完成一次螺纹轴向进给加工。第一次进给完成后，刀具再次移动到工件的起刀点A，并在工件的径向进给完成后准备第二次轴向进给，如图3所示。重复上述过程，直至完成螺纹的加工。此种方法保证了每次切削的起刀点和退刀点都处于同一位置，避免了由于进给起刀点不同造成的螺纹乱牙，实现螺纹准确的切削加工。

针对数控车床返修螺纹，其难点在于如何精确找准起刀点，尤其是对于内螺纹和不易观察车削情况的外螺纹。找准起刀点可以说返修螺纹就成功了一半。起刀点找到了就能使工件的螺旋线和刀具运动的轨迹相重合。

数控加工过程中，假如不拆卸零件，螺纹起刀点是固定的。因此，第一步，我们先加工一个与返修零件螺纹一致的工装;第二步，怎么实现定位，经过多次试验验证，我们确定加工一个和需要返修的工件相配合的螺纹套。如果修内螺纹就加工一个和工件配合的螺纹轴，我们今天就拿修复外螺纹工件来介绍。

在加工完螺纹套后，再在数控车床上加工一个和工件直径螺距一样的工装，在编制螺纹刀停刀点时，要预留出工件装夹的距离。

工装端面要加工一个小台阶以便于工件的两顶装夹，工装和螺纹套要旋合松紧合适（这时不可以改变程序的转数和螺距），然后把工件两顶装夹于工装和尾顶之间。先不要顶死，然后旋合螺纹套至工件处，再转动调整工件的位置使工件和螺纹套旋合，如图4所示。这样就使得工装，螺纹套，工件旋合在一起，之后再顶紧工件，然后把螺纹套向卡盘方向旋转到卡爪旋紧（以防在修复时刀具和螺纹套发生碰撞）。最后露出工件。此时工件的螺旋线和刀具运动的螺旋线就完全的重合了。然后就可以完美的对螺纹进行修复。

五、经济及社会效益

该方法能有效解决螺纹返修困难，返修精度不高，造成产品报废的问题，提高了工件的良品率，减少了废品的发生，提高了企业的经济效益。此外，本文所提方法还可以在其他产品上实现有效的延伸。

六、结论

本方法利用与需要返修的工件相配合的螺纹套和工装辅助，可简单、快速、精确的找到零件螺纹的起刀点，使工件的螺旋线和刀具运动的轨迹完美重合，达到高精度修复螺纹的效果。这种在数控车床上修复螺纹的方法，工件装夹方便，不需要在卡盘和工件上标记点，效率高，适合多件或批量工件的修复，提高了工序的良品率，避免了产品的报废，提高了经济效益。

参考文献：

[1] 数控车床/加工中心编程方法、技巧与实例/中国第一汽车集团公司工会组编;于久清编著.-2版.-北京：机械工业出版社，2013.4（2016.6重印）

[2] 徐志高.陶文革.王明刚螺纹返修的定位与对刀[期刊论文]-金属加工（冷加工）2014（23）

[3] 现代机床夹具设计要点/吴拓编著。-北京：化学工业出版社，2016.7