CN111037008B - 定起点矩形内螺纹制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种定起点矩形内螺纹制造方法，属于机加工领域；本方法的步骤为，装夹、确定螺纹线起点并计算其对刀值、找正零件平面、对刀和螺纹加工、加工完毕后用专用量具测量；通过定起点矩形内螺纹对刀公式能够算出保证起点尺寸的对刀值，先确定起点位置，再进行螺纹加工；本发明加工方法实现了在普通车床上或数控车床上先确定起点位置，后加工螺纹，使螺纹起点符合预定要求；可加工复杂的非回转体零件中矩形螺纹，适应单件或批量生产。

Description

定起点矩形内螺纹制造方法

技术领域

本发明属于机加工领域，具体涉及一种定起点矩形内螺纹制造方法。

背景技术

定起点矩形内螺纹现有的制造方法是：1.不考虑螺纹起点位置，按普通螺纹加工方法进行加工。2.用测量起点位置的专用量具，测定出螺纹起点的实际位置进行加工。按测定的位置，去螺纹端面保证起点尺寸。这种加工方法属于试切法加工，其优点是螺纹加工方法简单，适用于简单的回转体零件；但是在保证螺纹起点尺寸时需用专用量具多次测量，反复加工螺纹端面，不适应批量生产；对于复杂的非回转体零件，其螺纹起点和其它多个特征部位为同一基准面，现有制造方法在确定螺纹起点时，需同时保证其它特征部位尺寸，若其它特征部位尺寸精度高，会导致零件加工困难或者无法保证其它部位尺寸精度。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种定起点矩形内螺纹制造方法，本方法通过定起点矩形内螺纹对刀公式能够算出保证起点尺寸的对刀值，先确定起点位置，再进行螺纹加工；本发明加工方法可加工复杂的非回转体零件中矩形螺纹，适应单件或批量生产。

本发明的技术方案是：一种定起点矩形内螺纹制造方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤一：将待加工零件通过夹具固定于车床上；定义矩形内螺纹的轴向为Z轴；X、Y轴为基准面，即零件加工内螺纹的端面；O为零件在车床上的旋转中心；

步骤二：确定螺纹线起点并计算其对刀值；

1)确定起点螺纹：将平行于坐标X0Y所在平面的截面K与矩形内螺纹的交点作为起点螺纹，所述螺纹线起点到坐标X0Y的垂直距离为截面距dˊ，计算公式如下：

dˊ＝nP+(P·α/360°) (1)

其中，n为整数，P表示方牙螺纹螺距，α表示坐标X0Z所在平面绕Z轴的旋转角度；

n的计算公式为：n＝(a+d+t₀)/P (2)

其中，a表示刀具刀宽实际尺寸，d表示起点螺纹径向截面到基准面的距离，t₀表示主要对刀模块尺寸；n按取整数方法，即逢小数进1；

2)计算螺纹线起点对刀值：

确定螺纹线起点位置后，然后依据如下公式求出对刀尺寸T_D，

T_D＝t+t＇＝(L-a-d)±[arcSin(B/X)·P/360] (3)

其中，t＝L-a-d，表示轴向对刀尺寸；t＇＝±[arcSin(B/X)·P/360]，表示径向对刀尺寸，正负号由实际加工中的旋转方向确定；B表示零件找正平面上百分表的读值，X表示百分表的行程；L表示刀具的行程，L＝nP；

步骤三：找正零件平面；

当t＇＝0时，设定截面K为理想剖面，对零件进行找正；

当t＇≠0时，将外界因素影响起点尺寸制造的精度限定为小于起点尺寸d的1/4公差，设定t＇为小于起点尺寸d的1/2公差；根据公式t＇＝arcSin(B/X)·P/360，求出B的取值范围，对零件进行找正；

步骤四：对刀和螺纹加工；

找正后按照步骤二计算出的对刀尺值T_D，采用组合对刀模块进行对刀；然后设定对刀主轴转速、粗加工螺纹转速及进给量，进行矩形内螺纹加工；

步骤五：在加工完毕后，用专用量具测量。

本发明的进一步技术方案是：所述对刀主轴转速为10r/min；粗加工螺纹转速为40r/min；进给量，即专用刀具每次走刀切入深度f＝0.25mm。

有益效果

本发明的有益效果在于：

1、本发明是一种定起点矩形内螺纹制造方法，重点在于首次确定起点螺纹，然后应用对刀公式计算出保证起点尺寸的对刀值，即确定螺纹起点位置；

2、通过对螺纹模型简化，轴向对刀值计算简单；径向对刀值可计算出不影响起点尺寸的最大百分表值(找正值)，提高了零件找正速度；

3、本发明方法实现了在普通车床上或数控车床上先确定起点位置，后加工螺纹，使螺纹起点符合预定要求；

4、本发明方法可加工复杂的非回转体零件，适应于单件和批量生产，经济性好。

附图说明

图1是螺纹起点定义示意图。

图2是定起点矩形螺纹轴向对刀公式推导示意图。

图3是定起点矩形螺纹径向对刀公式推导示意图。

图4是待加工零件定起点矩形螺纹主视图。

图5是图4的A向视图。

图6是图5的Y-Y螺纹牙型图。

附图标记说明：1-定起点矩形内螺纹；2-螺纹起点孔，即：设计要求与其配合零件在旋紧后，该零件上的孔与螺纹起点孔位置相同，实现第三个零件的装配要求；3-对刀块；4-加工刀具；O-零件在车床上的旋转中心；5-零件装夹后的理想位置；6-零件装夹后的实际位置；X-百分表打表时的行程尺寸；B-打表找正中的百分表读值；C-找正面。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参照图4-6。本发明一种定起点矩形内螺纹制造方法，以图4、5、6所表示的起点螺纹零件为实例，具体步骤如下：

待加工起点螺纹相关尺寸：

步骤一：机床选择和工装准备；

1.机床：普通车床。

2.刀具：专用矩形螺纹车刀。

3.专用夹具：装用车用夹具通用夹具：中心架。

4.通用量具：块规(用作对刀模块)，百分表。

5.起点内螺纹专用量具。

6.辅具：刀具辅具刀杆，百分表表杆。

准备好工装后，仔细检查车床设备，专用夹具的定位块、夹紧装置，通用量具和通用夹具是否完好；专用量具是否在使用周期内。

步骤二：确定螺纹线起点并计算其对刀值；

1.加工方法理论分析

螺纹旋合可分解成两个运动副，一个轴向直线运动副和径向圆周运动副，故加工时影响最终定位尺寸精度的因数有两个，即：轴向影响和径向影响。现就结合实际加工分别分析两种因数和它们之间的联系，计算出准确的对刀尺寸T_D，保证定起点内螺纹的制造精度。

1.1起点螺纹的定义

参照图1。把螺纹截面抽象成一条螺旋线，建立空间坐标系。当转角α在360度范围内变化时，若轴向截面X0Z的转向确定，那么截面距dˊ在P值内变化，也能确定螺旋线的起点，即截面距dˊ＝np+(P·α/360°)，P为起点螺纹螺距，n为整数。

起点螺纹定义:将平行于坐标X0Y所在平面的截面K与矩形内螺纹的交点作为起点螺纹；

1.2轴向对刀尺寸计算和加工时的轴向影响分析：

参照图2，主要参数设定如下：

P表示方牙螺纹螺距；P等于螺纹牙厚加上螺旋槽宽W；

a表示表示刀具刀宽实际尺寸，刀宽a有制造公差，加工前要准确测量实际的刀宽尺寸，a为测量后的实际刀宽尺寸，a小于槽宽W；

t₀表示主要对刀模块尺寸，根据实际加工经验，一般选取(7－10)mm，t₀小于实际对刀尺寸；

L表示加工尺起点尺寸时的走刀行程；L取整倍螺距，即：L＝nP(n为整数)。

nP＝a+d+t₀，

其中d表示起点螺纹径向截面到基准面的距离；

则n＝(a+d+t₀)/P

n按取整数方法，即逢小数进1，如n＝4.8,则取整数后n＝5；n取整数后可计算出L＝nP的实际值。

t表示轴向实际对刀尺寸，从图2关系可以得：

t＝L-a-d

从上对刀尺寸公式可以得出方牙螺纹定位尺寸d＝L-a-t，从此等式可以看出主要影响轴向的有三个因数：

1)行程L：主要由机床精度和操作人员对该台车床加工性能的了解决定，对刀时一定要消除螺纹副间隙；

2)刀具实际尺寸a：由刀具制造精度和加工前精确测量决定；

3)轴向实际对刀尺寸t：由操作者计算得出，并结合加工经验，最终确定该尺寸。

1.3径向对刀尺寸计算和加工时的径向影响分析：

参照图3，表示零件定位装夹后的状态，在装夹后会偏离理想状态一个角度β。β在实际加工中会对起点尺寸产生径向影响，其值可以通过打表算出：

Sinβ＝B/X得出β＝arcSin(B/X)

其中X-百分表打表时的行程尺寸；B-表示零件找正平面上百分表的读值；

根据螺纹螺距定义，可以得出轴向偏移量，这里定义为径向对刀尺寸，用t＇表示：

t＇＝arcSin(B/X)·P/360(单位：mm)

t＇根据零件的旋转方向确定正负值；

从公式中可以看出，加工中对定位尺寸的影响是：装夹的实际状态相对于理想状态的偏转角度β。

在实际加工中，采用在车床上对零件径向旋转打表找平零件，来尽可能消除对螺纹的起点尺寸影响，使径向对刀尺寸无限趋近与零，即t＇＝0，也即β＝0，得出B＝0。

通过以上分析得出最终对刀尺寸公式：

T_D＝t+t＇＝(L-a-d)±[arcSin(B/X)·P/360]

正负号由实际加工中的旋转方向决定

方牙螺纹的定位尺寸d：

d＝(L-a-T_D)±[arcSin(B/X)·P/360]

可以看出影响最终起点尺寸精度的因素有4个，因此在加工时，尽量逐一消除各个影响因素的误差，参考本台机床实际精度，装夹定位误差，对刀个人手感误差，根据这些个人实际加工经验及时微调对刀尺寸，确保定位尺寸的制造精度。

对刀尺寸T_D的计算：

2.1对刀尺寸计算公式：

T_D＝t+t＇＝(L-a-d)±[arcSin(B/X)·P/360]

其中：t＝L-a-d t＇＝±[arcSin(B/X)·P/360]

轴向对刀尺寸计算取整数公式：n＝(a+d+t0)/P(n为整数)

2.2参照图6；轴向对刀尺寸计算：(单位mm)

这里实测刀宽尺寸为：a＝5.02；

矩形螺纹起点尺寸为：d＝36.45；

螺距为：P＝10；

主要对刀模块t₀一般选取7－10mm,根据实际加工经验，设定t₀＝7；

根据取整数公式：n＝(a+d+t₀)/P

＝(5.02+36.45+7)/10

＝4.847

进位取整数得出：n＝5；可以算出L＝nP＝5×10＝50；

轴向对刀尺寸t＝L-a-d＝50-5.02-37.45＝8.53；

2.3参照图5；径向对刀尺寸计算：(单位mm)，

找正打表时，其表头行程X＝114，X值为零件找正平面的实际尺寸。

表值读数B，螺距P＝10；矩形螺纹起点尺寸d＝36.45-0.05，其公差0.05，在实际加工中，是打表尽量使径向t＇趋向于零，现在我们讨论下在X＝114为什么要打表找正、以及径向带来的影响值。

假设对刀时，不打表找正，在B＝0.5时：

β＝arcSin(B/X)＝arcSin(0.5/114)＝0.251°

在径向尺寸为114的平面上，显然人眼观察很难察觉实际平面偏离理想平面的角度。代入径向对刀尺寸公式：

t＇＝arcSin(B/X)·P/360＝0.251·P/360＝0.007

众所周知，打表找正平面是很容易减小B＝0.5值。而起点尺寸公差0.05，精度高，因此，在加工时打表找正该平面。

在螺纹实际加工时，打表找正的B值小于0.08，代入公式

t＇＝arcSin(B/X)·P/360

＝arcSin(0.08/114)·P/360

＝0.0011

可以看出，0.0011远远小于起点尺寸公差0.05，可以忽略；

因此最终对刀尺寸：T_D＝t+t＇＝8.53+0.0011≈8.53

因此在非回转体零件起点矩形内螺纹加工时，打表找正后，只需算出轴向对刀尺寸t作为对刀尺寸T_D。

注：若设备和工装等精度高，或者起点尺寸公差等级高，结合实际加工情况，计算出最佳B值，实现零件装夹后的快速找正，减少零件的找正时间。如图5，若起点尺寸36.45-0.05在其它误差在实际加工中能控制在0.02范围内，加工中一般公差用量为基本公差的一半左右为最佳，故t＇＝0.01，带入公式可求出B＝0.71，机械加工找正B＝0.71就非常简单和快速。

步骤三：找正零件的理想剖面Y-Y平面；

当t＇＝0时，设定截面K为理想剖面，对零件进行找正；

当t＇≠0时，将外界因素影响起点尺寸制造的精度限定为小于起点尺寸d的1/4公差，设定t＇为小于起点尺寸d的1/2公差；根据公式t＇＝arcSin(B/X)·P/360，求出B的取值范围，对零件进行找正；外界因素包括机床、夹具、环境和操作者等带来的影响。

Y-Y面是零件的理想剖面，无法直接找正用，图5上左侧面Ⅰ平行于Y-Y面，因平面Ⅰ可作为打表找正平面。按对刀尺寸径向影响讨论的B＝0.08，找正该平面。找正的打表方法是转动车床皮带轮来微调零件旋角β,即：在X＝114时，理想的B值在0.08内。

步骤四：对刀和螺纹加工；

在找正Y-Y面后，按照计算出的对刀尺值，用组合对刀模块(块规)对刀后，进行螺纹加工，可参考如下切削参数：

消除丝杠间隙，对刀主轴转速为10r/min；

粗加工螺纹转速为40r/min；

进给量，即专用刀具每次走刀切入深度f＝0.25m；

步骤五：螺纹修正；

在加工完毕后，用专用量具测量，测量方法为主体专用量具旋合入螺纹后，辅助量具插入起点位置孔2内，检测基准面到主体量具端面的间隙，用厚薄0.05检测。若螺纹加工因刀具磨损等原因，出现起点尺寸不到情况，根据测量值估算修正量，参考螺纹槽尺寸公差和起点尺寸公差，选择进给量f，进行修正螺纹，确保螺纹的加工精度，矩形螺纹起点尺寸36.45_-0.05的加工精度。修正螺纹主轴转速参考值为：50r/min。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (2)

1.一种定起点矩形内螺纹制造方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤一：将待加工零件通过夹具固定于车床上；定义矩形内螺纹的轴向为Z轴；X、Y轴为基准面，即零件加工内螺纹的端面；O为零件在车床上的旋转中心；

步骤二：确定螺纹线起点并计算其对刀值；

1)确定起点螺纹：将平行于坐标X0Y所在平面的截面K与矩形内螺纹的交点作为起点螺纹，所述螺纹线起点到坐标X0Y的垂直距离为截面距dˊ，计算公式如下：

dˊ＝nP+(P·α/360°) (1)

其中，n为整数，P表示方牙螺纹螺距，α表示坐标X0Z所在平面绕Z轴的旋转角度；

n的计算公式为：n＝(a+d+t₀)/P (2)

其中，a表示刀具刀宽实际尺寸，d表示起点螺纹径向截面到基准面的距离，t₀表示主要对刀模块尺寸；n按取整数方法，即逢小数进1；

2)计算螺纹线起点对刀值：

确定螺纹线起点位置后，然后依据如下公式求出对刀尺寸T_D，

T_D＝t+t＇＝(L-a-d)±[arcSin(B/X)·P/360] (3)

其中，t＝L-a-d，表示轴向对刀尺寸；t＇＝±[arcSin(B/X)·P/360]，表示径向对刀尺寸，正负号由实际加工中的旋转方向确定；B表示零件找正平面上百分表的读值，X表示百分表的行程；L表示刀具的行程，L＝nP；

步骤三：找正零件平面；

当t＇＝0时，设定截面K为理想剖面，对零件进行找正；

当t＇≠0时，将外界因素影响起点尺寸制造的精度限定为小于起点尺寸d的1/4公差，设定t＇为小于起点尺寸d的1/2公差；根据公式t＇＝arcSin(B/X)·P/360，求出B的取值范围，对零件进行找正；

步骤四：对刀和螺纹加工；

找正后按照步骤二计算出的对刀尺值T_D，采用组合对刀模块进行对刀；然后设定对刀主轴转速、粗加工螺纹转速及进给量，进行矩形内螺纹加工；

步骤五：在加工完毕后，用专用量具测量。

2.根据权利要求1所述定起点矩形内螺纹制造方法，其特征在于：所述对刀主轴转速为10r/min；粗加工螺纹转速为40r/min；进给量，即专用刀具每次走刀切入深度f＝0.25mm。

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