非标准螺纹零件的制造方法与加工工艺设计

0 引言

螺纹零件是机械生产和装配过程中的常用零件，其主要作用是起固定和连接作用，螺纹零件在机床、汽车、农机、工程机械等各个行业的机械装备中应用十分广泛。通常情况下，我们对于常规的轴类零件、内螺纹零件等都会采用标准螺纹的形式，这种零件在数控车床上利用固有的程序便可实现快速加工。在复杂的机械设计和特殊的要求下，也会不可避免设计和加工非标准零件，例如军工产品、航空航天产品、航海设备和某些定制设备均需要使用特制的螺纹零件，因此，研究特殊螺纹零件的加工工艺和批量生产技术具有现实意义。

1 非标准零件的特点

非标准零件是相对于标准零件而言的，标准零件主要是指在结构、尺寸、技术要求等方面具有统一的标准要求，其特点是通用性良好，标准零件采用规范的加工后具有良好的通用性，例如标准螺纹、标准键、轴承等，标准零件在紧固、连结、传动、密封等机械功能设计上应用十分广泛。非标准零件是在某些特殊要求的条件下生产的，有别于标准零件要求或无法采用标准技术生产的零部件，这类零件由于种类繁多、应用量相对较少，因此没有相关的标准参数规定。以螺纹类非标准零件为例，其主要用于客户图纸制造、非圆柱螺纹加工、三螺旋及以上螺纹加工等领域，非标准零件往往不存在统一的公差、光洁度等要求，需要在设计过程进行约束，通常情况下制造成本远高于标准零件。

2 典型非标准螺纹零件的加工方法

2.1 非圆柱表面螺纹加工

如图1所示，为典型倒圆台形的表面螺纹零件，此外还有很多其他的变径螺纹件，类似这种零件的加工应按照以下步骤实施。

图1 非圆柱表面螺纹零件示例

(1)合理选择加工设备，对于非标准圆柱表面的螺纹加工，通常不能通过简单地数控车床或数控铣床来完成，对于机床需要具有一定的先进性要求，一般需要三轴联动以上的数控机床进行加工。

(2)三维分析非标准螺纹的加工表面特点，将机械设计的螺纹零件导入数控设备，将其加工表面进行提取，并自动赋予螺纹走刀路径，对于在成品零件上加工螺纹的需求，最好能够利用反求技术获得零件三维模型，在精确的轮廓形状下确定加工路径。在三维分析与设计过程中，针对螺纹牙形特点和螺距要求对走刀过程进行优化和调整。对于边境过程尺寸或角度出现突变的位置，要确定加工的合理性，必要时手动编程控制路径转折点位置的螺纹状态。

(3)利用仿真加工来验证程序编制的合理性，并再次验证关键位置加工状态。

(4)根据螺纹牙形要求设计并制作加工用刀具，简单牙形通常设计一套主加工专用刀具，配套一套专用辅助加工刀具，并合理选择磨削、抛光等刀具。

(5)非典型螺纹零件的制造最好先进行试制，对于贵重金属材料的零件，为节约成本，应选择尼龙等材料代替试制。试制完成后，要详细测量螺纹参数是否符合生产要求，对于有配套零件的情况，要在试安装无问题后再进行批量化的制造。

(6)非圆柱表面螺纹加工工艺可参考以下步骤进行：①首先科学装夹毛坯工件，多采用一夹一顶的形式，装夹完成后主轴旋转；②利用主加工刀具车削螺纹主体，刀具自动移动至起始安全位置并随后空走一段工艺锥螺纹，主体加工可分3～4次逐步完成，直至车削量达到要求为止；③换辅助刀，再空走一段工艺锥螺纹，然后一次性进行深加工；④若有其他去毛表、抛光等要求，需再次更换刀具，进行相应加工；⑤加工完成后主轴停止。

在上述制造步骤中，空走工艺螺纹的步骤具有必要性，制造过程不应舍弃。若需要大批量生产这一类的非标准螺纹件，由于螺纹材料通常具有较高的硬度和强度，因此需利用主控技术批量制造标准化刀具，以供长期生产使用。螺纹零件的加工过程必须要重视检查刀具状态，避免出现刀具磨损影响加工质量的问题。

2.2 多线程螺纹零件加工

相对于非圆柱表面螺纹加工，多线程的螺纹零件加工在实际生产过程中更为常见，其中以3线螺纹制造较为典型，而利用常规的数控车床加工3线螺纹具有一定的难度，这主要是因为3线的螺纹加工需要加工专用的挂轮进行配合，而这种加工方式会在一定程度上提高生产制造的成本。因此，为优化多线程螺纹零件的制造过程，可以考虑从以下工艺思路出发进行优化制造。

针对标准螺纹的螺距特点，其螺距可通过机械手册查出，可知标准螺距是按分段等差数列的规律排列的，若在加工的过程中不希望重新制造挂轮，则需要通过计算获得合理的导程变换方案，此计算应根据2线程的导程为基础进行计算，也可根据其他直接加工的多线程进行计算，并结合数控机床实际的已有挂轮变换特点进行考虑。以2线程为例，利用2线程螺纹制造导轮来加工3线程螺纹，应使其导程值为2线程的3/4倍，将此值设置准确，即可通过利用已有导轮完成对奇数项线程的螺纹零件的制造，并有效节约生产成本和时间。

2.3 变螺距螺纹零件的加工

变螺距螺纹零件在食品、运输等行业应用较为广泛，多用于调整物料运输速度或产生逐步挤压力等情况，如图2所示，为食品挤压螺旋结构。该结构中采用了变螺距的螺纹结构，需要一定的加工技巧才能实现快速制造。

图2 变螺距螺纹零件加工

变螺距螺纹的制造需要在主轴转动的过程中，刀具按照数控机床的功能实施匀加速或匀减速运动，这对于现代化的数控车床只需要编写好合适的程序即可实现，只是在实际的生产过程中，由于加工车削量的逐步加大，为避免出现刀具磨损过快和刀具损坏问题，必须合理设计车削量并采取分层车削方法进行加工。此外，对于等槽宽变螺距螺纹加工可按照等螺距螺纹先进行加工，再利用数控机床使刀具向后移动槽宽距离进行反复加工，也可制造出符合要求的变螺距螺纹零件。

3 结语

本文针对生产中常见的三种非标螺纹零件的加工方法和可行工艺进行了分析，提供了非标零件制造的常用思路，有利于典型非标螺纹件加工问题的解决。在机械制造过程中，同一类零件的制造会因为结构要求和细节的不同使生产制造方式存在较大的差异，螺纹类零件作为生产过程中常见的零件，在实际应用中的种类繁杂，尤其是非标类的螺纹零件，在不同的设计中会根据功能和尺寸等要求存在典型的差异性特点，对制造工艺的设计和制造过程的实施加大了难度。要进一步提高非标类螺纹零件的加工质量，就要求加工人员根据设计要求积极开阔思路，设计巧妙而又可行的加工工艺，确保非标类螺纹零件的加工质量。同时，针对非标螺纹件的设计，也必须充分考虑加工过程的简便性和可行性，加强设计与制造程序之间的交流沟通，进一步提高非标螺纹件的设计科学性和制造可行性。