圓螺旋面及其加工工藝

圓柱螺旋線為導線，使母線圓的圓心沿著導圓柱螺旋線運動，并且母線圓平面始終與導圓柱螺旋線的軸線相垂直

一、圓螺旋面的形成原理

以一個定半徑的圓周為母線，圓柱螺旋線為導線，使母線圓的圓心沿著導圓柱螺旋線運動，并且母線圓平面始終與導圓柱螺旋線的軸線相垂直，這樣，母線圓運動所形成的曲面即為圓螺旋面。圓螺旋面的軸向截形是由圓弧連接所形成的光滑曲線(如圖1所示)。因此，通常把這種形狀的螺紋稱為波形螺紋。

二、圓螺旋的特點及應(yīng)用

圓螺旋面在機械制造業(yè)、特別是礦山機械、重型鑿巖機械等中應(yīng)用較為廣泛。例如螺桿鉆具發(fā)動機的主要零體之一螺桿，重型鑿巖機的釬頭、釬桿、釬尾的連拉螺紋，螺桿泥漿泵中的螺桿等，其截面形狀都為圓弧螺旋面。圓弧螺旋面具有下列一些特點:

(1)螺距比較大，螺紋深度淺。通常圓螺旋面的螺距都大于12mm，有時則更大。例如螺桿鉆具發(fā)動機的螺桿其螺距為96mm，螺紋深度為4mm。

(2)波峰波谷是由光滑的圓弧連接而成見圖1。

(3)通常其長徑比較大。因而多為細長桿件，剛性不好，加工時較為圖難。

(4)這種螺桿拆卸快，連接剛性好，抗沖擊疲勞能力強，傳遞扭矩大。

三、圓弧螺旋面的制造形狀

由上述特點可見，圓螺旋面的加工較為復雜。目前，生產(chǎn)中常用的加工方法有如下兩種:

(1)用成形刀縣車削或用靠模加工，這種方法，不僅加工效率低，工人勞動強度也大，而且刀具的刃磨、樣板的制造較為復雜，費用較高，加工精度也不易保證。

(2)用旋風銑削法加工。該法在沒有專用機床的情況下，可用通用機床改裝，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易。可用普通尖刀進行加工，刀具刃磨簡單，調(diào)整，操作方便，可大大降低勞動強度，效率較前者可提高3~5倍，加工精度和表面粗糙度均可達到圖紙要求，因而，是加工圓螺旋面的比較理想的加工方法。

四、圓螺旋面的旋風銑削

圖2為螺桿鉆具發(fā)動機的螺桿零件圖。通過分析可見，它實際上是這樣一種螺紋，即螺紋的任意截面均為一圓，圓心的軌跡是以螺紋的軸心為中心，以螺紋的深度為直徑的圓柱上的一條螺旋線。這種螺紋通常用內(nèi)切法進行旋風銑削，為了得到較高的生產(chǎn)效率，滿足加工要求，應(yīng)從以下幾個方面采用措施:

1.機床的改裝與調(diào)整

旋風銑削圓螺旋面的裝置通常可由通用機床(如車床、銑床等)改裝而成。即取下車床的小刀架或中拖板，裝上設(shè)計的旋風銑削頭，并使其中心與機床中心等高，如圖3所示。其調(diào)整過程是這樣的:把工件夾持在機床三爪卡盤中，并計算進給掛輪，保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，拖板移動一個所要求的螺距；調(diào)整旋風刀頭的位置，使刀頭的旋轉(zhuǎn)直徑等于波形螺紋的中徑，再夾緊刀頭，搖動橫向進給手柄，使刀頭的旋轉(zhuǎn)中心與工件中心偏距為螺紋深度的一半；先啟動旋風銑頭電機，然后再啟動機床電機讓工件旋轉(zhuǎn)，即可進行加工。

對于剛性較長的細長螺桿，為了保證其有足夠的剛性，減小切削過程中的變形，往往需要設(shè)置跟刀架(可采用前跟刀架、后跟刀架或前后同時采用跟刀架)，采用先進的磁力跟刀架，可大大降低切削過程中的振動，有效地改善被加工螺桿的質(zhì)量，這種螺紋的螺距通常較大，為了操作加工方便，一般要求機床主軸轉(zhuǎn)速不能過高，常取0.5~5r/min。所以，需要在主傳動系統(tǒng)中增設(shè)減速機構(gòu)。經(jīng)改裝后，即可按要求加工。

2.切削用量的選擇

為了得到所要求的精度和表面質(zhì)量，合理切削用量的選擇是很關(guān)鍵的。旋風銑削的切削用最通常包括:切削速度(或旋風銑刀頭的轉(zhuǎn)速)、每齒圓周進給量、切削深度和工件轉(zhuǎn)速等，切削深度取決于螺紋的深度通常都是一次切至全深，只有當切深較大(大于8mm)時，才采用兩次連刀切削。

實驗表明:加工圓螺旋面的合理切削用量為:工件轉(zhuǎn)速:0.5~5r/min

旋風刀頭轉(zhuǎn)速:1000~2000r/min

銑削方式:順銑常用刀具材料:YT15，YC8

3.加工中應(yīng)注意問題

(1)為了操作安全、防止切屑飛濺，應(yīng)該設(shè)置防護罩。旋風銑削圓螺旋面螺紋時，雖然切削過程是連續(xù)的，但切削深度是不斷變化的、切削層面積是周期性變化的，斷屑比較容易；同時切削速度較高，切屑易于產(chǎn)生飛濺現(xiàn)象，因此應(yīng)該設(shè)置防護罩。

(2)有時需要從機床頭部向尾部進行切削，應(yīng)先在螺紋根部按螺紋偏心量的大小切出偏心空刀槽，并保證對刀時，使刀具的旋轉(zhuǎn)中心與空刀槽偏心圓的圓心重合后，方可開動機床進行切削。

(3)當切深較大時，需要分兩次切削，此時應(yīng)注意機床絲杠螺距與工件螺距不成整數(shù)倍時，刀尖與工件所產(chǎn)生的相位差，也就是要保證第二次開始切削時，刀尖與已切出的波形凹凸方向一致時，才可開始第二次走刀切削。

(4)為了減小工件的熱變形，提高加工精度，常采用噴霧冷卻法。旋風銑削的切削速度較高，因而切削過程中的切削溫度較高，生產(chǎn)中常是干切削或用壓縮空氣冷卻，但是噴霧冷卻可獲得很好的效果。因為噴霧冷卻時，細小的霧狀顆粒液體，易汽化，能吸收大量的熱，能顯著降低切削溫度和工件溫度，因此除可提高刀具耐用度外，還能減小熱變形，提高精度。

旋風銑削圓螺旋面螺紋具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便等優(yōu)點，它是一種高效加工方法，能夠滿足一定螺紋的加工要求。上述試驗已應(yīng)用于實際生產(chǎn)并取得了較為顯著的效果。而且這種裝置經(jīng)過適當?shù)卣{(diào)整，也可以用于細長桿件外圓表面的旋風銑削。(編輯其路)