CN117300745A - 一种适用于普通成型磨床的双负楔角齿形磨削工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磨削工艺技术领域，公开了一种适用于普通成型磨床的双负楔角齿形磨削工艺，包括以下步骤：S1：利用第一夹具和第二夹具将工件精坯安装在普通成型磨床上；S2：利用粗磨砂轮磨削出0角度齿部；S3：分别顺时针和逆时针旋转第一夹具第一角度，采用粗磨砂轮侧向进刀方式，分别对齿左侧和齿右侧进行侧向后角粗加工；S4：分别顺时针和逆时针旋转第一夹具第二角度，形成正角度，利用精磨砂轮往复两刀分步精磨齿左侧和齿右侧；齿左侧和齿右侧精磨顺序可换；S5：齿左侧和齿右侧依次完成精磨后在齿顶进行接刀；S6：精磨后预留有齿宽余量，进行开前刀面；解决了在普通成型磨床上无法进行双负楔角的磨削和加工双负楔角刀具的技术问题。

Description

一种适用于普通成型磨床的双负楔角齿形磨削工艺

技术领域

本发明涉及磨削工艺技术领域，具体涉及一种适用于普通成型磨床的双负楔角齿形磨削工艺。

背景技术

为适应更加复杂的地下或海下地质环境，近年来国内外石油钻采企业都在推出齿宽恒变的双负楔角螺纹扣型(如图1)。为了生产上述双负楔角螺纹扣型，必须匹配相应的双负楔角刀具，双负楔角刀具齿部齿顶最宽部分必须小于零件最窄牙型的收口部分(如图2)，通过直向进刀和左右进刀的方式完成螺纹车削。

随着双负楔角螺纹扣型的广泛使用，对双负楔角刀具需求量越来越大，但是双负楔角刀具有别于传统螺纹刀具，在加工制造中存在的难点有，1)传统螺纹刀具齿部承载面、导向面均为正角度时，刀具工件和砂轮修整都不用旋转角度，可以直接磨削整齿(如图3)；传统螺纹刀具齿部导向面为正角度、承载面为负角度时，因硬件限制，砂轮必须旋转为正角度修整，磨削时夹具也要旋转相应角度，但可以完成整齿磨削(如图4、图5)；但是双负楔角刀具齿部左右侧边均为负角度，无论如何旋转，都有一边是负角度，砂轮无法修整，现有工艺无法进行整齿磨削；2)即使找到磨削手段，由于如图2宽度限制，刀具齿部存在最窄部分，齿顶、齿侧、齿底三个位置任一余量(如图6)偏大，常规磨削时都会造成裂纹甚至断裂；3)双负楔角刀具的齿部一侧存在较长台阶面(如图7)，用于相邻螺纹的连接，但由于直线过长，现有砂轮常规磨削后，直线形貌较差、台阶面磨削印记很重，无法满足使用需求；4)双负楔角螺纹刀具在加工过程中侧后刀面容易发生干涉，所以需要加工3-4°的侧向后角，普通磨床上加工侧向后角会产生0.1-0.2mm宽刃带，开前刀面时，还会导致刀具齿宽变窄，无法满足使用需求。

针对上述技术难点，采用现有工艺方法无法直接利用普通成型磨床加工制造此类刀具，最终导致只有普通成型磨床的刀具制造商需要采用线切割甚至五轴数控机床进行生产，这就大大提高了生产门槛和制造成本，技术发展无法得到生产应用的支撑，阻碍了刀具制造商和整个行业发展。

发明内容

本发明意在提供一种适用于普通成型磨床的双负楔角齿形磨削工艺，用来解决采用现有工艺方法无法直接利用普通成型磨床加工制造双负楔角刀具的技术问题。

本发明提供的基础方案为：一种适用于普通成型磨床的双负楔角齿形磨削工艺，包括以下步骤：

S1：利用第一夹具，将工件精坯安装在普通成型磨床A上；

S2：利用粗磨砂轮磨削出0角度齿部，齿顶和齿底均留精磨余量，齿左侧和齿右侧均留粗磨余量；

S3：利用第二夹具，将上一步骤加工后的精坯安装在普通成型磨床B上；

S4：通过旋转第二夹具形成第一角度，采用粗磨砂轮分别对齿左侧和齿右侧进行侧向后角粗加工，去除大部分余量，齿左侧和齿右侧均留精磨余量；

S5：利用第一夹具以及固定安装在第一夹具上的导向块一，将上一步骤加工后的精坯安装在普通成型磨床A上，顺时针旋转第一夹具第二角度，形成正角度，利用精磨砂轮往复两刀分步精磨齿左侧；

S6：利用第一夹具以及固定安装在第一夹具上的导向块二，将上一步骤加工后的精坯安装在普通成型磨床A上，逆时针旋转第一夹具第二角度，形成正角度，利用精磨砂轮往复两刀分步精磨齿右侧；

S7：齿左侧和齿右侧依次完成精磨后在齿顶形成接刀；

S8：精磨后预留有齿宽余量，进行开前刀面；

其中，所述导向块一和导向块二均具有第三角度，用于齿侧精磨的同时完成侧向后角的精磨；S5和S6顺序可换。

本发明的工作原理及优点在于：与现有技术相比，克服了现有工艺方法无法直接利用普通成型磨床加工制造双负楔角刀具的技术难题，实现了在普通成型磨床上进行双负楔角的磨削的工艺办法，实现齿形尺寸正确、齿顶接刀痕迹轻微、侧后角与齿形同时磨削的工艺创造。

克服粗磨砂轮的磨削形状无法形成双负楔角的缺陷，直接以0角度形状磨削出0角度齿部，同步磨削齿顶和齿底大部分余量而预留精磨余量，由于双负楔角齿形最关键的是齿两侧磨削，因此首先预留粗磨余量，还需要二次粗磨，对齿两侧进行侧向后角粗加工同时完成二次粗磨，预留出精磨余量，然后对齿两侧进行单边分步精磨，通过夹具的旋转形成正角度，使得能够适配普通成型磨床砂轮的硬件限制要求，精磨后再通过开前刀面，完成双负楔角齿形的加工。

去除齿顶、齿底、齿侧的多余磨量是实现双负楔角磨削的重要环节，通过本发明工艺步骤的设置，使得这些环节全部都能在普通磨床上实现；同时通过分步单边精磨的方式，改善了刀具长台阶表面质量，提升了刀具质量。

进一步，S4中，齿左侧和齿右侧精磨余量均控制在0.1mm；S6中，往复两刀分步精磨为，第一刀的吃刀量控制在0.04-0.06mm范围内，砂轮退回时的吃刀量控制在0.05mm。

有益效果：0.1mm精磨余量的设计在大多数成型磨削中都效果明显，但对于双负楔角刀具的长直边来说还不够，因此采取本发明提出的往复两刀分步精磨的工艺方法，第一刀吃刀约0.05mm，砂轮退回时再吃0.05mm，表面光洁度有显著提升。

进一步，S2中，磨削出0角度齿部为，分三刀进行，最后一刀的吃刀量控制在0.5mm。S2中，齿顶和齿底均留0.1mm精磨余量，齿左侧和齿右侧粗磨余量均控制在0.1-0.2mm范围内。

有益效果：将齿顶、齿侧、齿底三个位置的余量设置相对均匀，避免某处余量大，磨削时支撑偏移，造成裂纹甚至断裂，提高磨削质量。并且粗磨直接完成齿顶和齿底的加工，齿左侧和齿右侧预留粗磨余量，为后续两个齿侧多次加工预留足够合适的磨量，提高刀具加工质量。

进一步，S4中，所述侧向后角控制在3-4°范围内。

有益效果：避免双负楔角螺纹刀具在加工过程中侧后刀面发生干涉。

进一步，所述双负楔角为6°30′，第一角度为7°，第二角度为9°，正角度为2°30′，第三角度为3°30′，齿宽余量为0.025mm。

有益效果：此尺寸组的配合设置，能够加工出齿形尺寸正确、齿顶接刀痕迹轻微的高质量刀具。

附图说明

图1为现有技术中的双负楔角螺纹扣型的结构示意图；

图2为现有技术中的双负楔角刀具齿部与零件最窄牙型的结构示意图；

图3为现有技术中的传统螺纹刀具齿部(承载面、导向面均为正角度)的结构示意图；

图4为现有技术中的传统螺纹刀具齿部(导向面为正角度、承载面为负角度)的结构示意图；

图5为图4旋转6°的结构示意图；

图6为现有技术中的双负楔角刀具齿部的主要余量示意图；

图7为现有技术中的双负楔角刀具齿部长台阶面和阶线的位置示意图；

图8为本发明实施例所提供的一种适用于普通成型磨床的双负楔角齿形磨削工艺的流程图；

图9为本发明实施例所提供的双负楔角刀具工件精坯的正视图；

图10为本发明实施例所提供的夹具夹持工件精坯的示意图；

图11为本发明实施例所提供的粗磨砂轮0角度齿部的结构示意图；

图12为本发明实施例所提供的粗磨工件精坯后的余量分布图；

图13为本发明实施例所提供的粗磨齿侧的示意图；

图14为本发明实施例所提供的精磨齿左侧的示意图；

图15为本发明实施例所提供的精磨齿右侧的示意图；

图16为本发明实施例所提供的第二夹具旋转示意图；

图17为本发明实施例所提供的第二夹具旋转后的示意图；

图18为本发明实施例所提供的前刀面的尺寸示意图；

图19为本发明实施例所提供的齿宽预留的尺寸示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

说明书附图中的标记包括：双负楔角螺纹扣型1、零件最窄牙型2、双负楔角齿部3、齿顶31、齿底32、齿左侧33、齿右侧34、承载面4、导向面5、齿顶余量6、齿底余量7、齿侧余量8、长台阶面9、长台阶线10、工件精坯11、粗磨砂轮12、0角度齿部13、精坯余量14、第一次粗磨余量部15、齿侧粗磨部16、齿侧精磨部17、精磨砂轮18、相邻周边线19、刃带部20、进刀方向21、前刀面22、第一夹具23、导向块24、压紧块25。

实施例一

实施例基本如附图8所示：一种适用于普通成型磨床的双负楔角齿形磨削工艺，包括以下步骤：

S1：利用第一夹具23，将工件精坯11安装在普通成型磨床A上；

S2：利用粗磨砂轮12磨削出0角度齿部，齿顶31和齿底32均留精磨余量，齿左侧33和齿右侧34均留粗磨余量；

S3：利用第二夹具，将上一步骤加工后的精坯安装在普通成型磨床B上；

S4：通过旋转第二夹具形成第一角度θ1，采用粗磨砂轮12分别对齿左侧33和齿右侧34进行侧向后角粗加工，去除大部分余量，齿左侧33和齿右侧34均留精磨余量；

S5：利用第一夹具23以及固定安装在第一夹具23上的导向块24一，将上一步骤加工后的精坯安装在普通成型磨床A上，顺时针旋转第一夹具23第二角度θ2，形成正角度θ3，利用精磨砂轮18往复两刀分步精磨齿左侧33；

S6：利用第一夹具23以及固定安装在第一夹具23上的导向块24二，将上一步骤加工后的精坯安装在普通成型磨床A上，逆时针旋转第一夹具23第二角度θ2，形成正角度θ3，利用精磨砂轮18往复两刀分步精磨齿右侧34；

S7：齿左侧33和齿右侧34依次完成精磨后在齿顶31形成接刀；

S8：精磨后预留有齿宽余量，进行开前刀面22；

其中，所述导向块一和导向块二均具有第三角度θ4，用于齿侧精磨的同时完成侧向后角的精磨；S5和S6顺序可换。

本实施例，以MM7132、MM7120等普通成型磨床加工6°30′双负楔角刀具为例进行说明，其中，顺时针，逆时针，均以双负楔角刀具中心孔竖向轴线为旋转轴线，读者正视附图时为旋转平面；夹具能实现本方案夹持作用以及方向等定位要求即可，在此不做具体结构限定。

S1进行精坯夹持，具体的，如图9所示的三角形工件精坯11，三角形内切圆直径为15.875mm，在普通成型磨床A上利用第一夹具23夹持，一次至少可对12片刀具进行粗磨，加工效率高。

S2进行粗磨，具体的，如图11所示，0角度齿部13，粗磨砂轮12的磨削形状无法形成双负楔角，所以直接以0角度形状13磨削，由于从三角形工件加工至00角度齿部13，三角处工件精坯11余量较大，为了提高粗磨精度，同时为了避免因余量差导致裂纹或断裂的情况，合理进行三次单向走刀，第一次走刀，走刀速度控制在8m/min，吃刀量控制在1.0-1.2mm，齿顶余量6控制在1.3-1.5mm，齿底余量7控制在1.3-1.5mm；第二次走刀，走刀速度控制在8m/min，吃刀量控制在0.8-1.0mm，齿顶余量6控制在0.3-0.7mm，齿底余量7控制在0.3-0.7mm；第三次走刀，走刀速度控制在12m/min，吃刀量控制在0.5mm，如图12所示，齿顶31和齿底32均留精磨余量d1和d2，可为0.1mm，齿左侧33和齿右侧34粗磨余量d3均控制在0.1-0.2mm范围内。

上述三次走刀的方式，以及每次的走刀速度、吃刀量以及预留余量，均属于合理范围以及合适差值，能够保证两刀之间交接的是高质量的工件精坯11，提高加工精度，同时可在普通成型磨床上通过常规磨削方式完成，提高通用性。

如图12所示，第一次粗磨磨削掉精坯余量14后，直接完成了齿顶31和齿底32的加工，留有相应的精磨余量，同时齿左侧33和齿右侧34预留粗磨余量，如第一次粗磨余量部15所示，等待齿侧的二次粗磨。

S3利用第二夹具，将上一步骤加工后的精坯安装在普通成型磨床B上；进行磨床切换磨削，克服了单一磨床无法实现变牙宽螺纹刀具的加工，创造性的发现采用两个普通磨床切换加工就能完成特殊螺纹刀具的磨削加工。

S4进行齿左侧33和齿右侧34侧向角度粗加工，也即是齿两侧的二次粗磨，如图13所示，磨削去除的大部分余量为齿侧粗磨部16，预留的齿侧精磨余量为齿侧精磨部17，具体的，采用粗磨砂轮12磨削，顺时针旋转第二夹具第一角度θ1，可取7°，对齿左侧33进行侧向后角粗加工，走两刀，速度10m/min，每刀0.2-0.3mm，侧向后角控制在3-4°，精磨余量控制在0.1mm；将第二夹具回正并检查；逆时针旋转第二夹具第一角度θ1，可取7°，对齿左侧33进行侧向后角粗加工，走两刀，速度10m/min，每刀0.2-0.3mm，侧向后角控制在3-4°范围内，精磨余量控制在0.1mm，d4为双负楔角刀具齿部槽宽，d5为粗磨槽宽。

上述过程为粗磨后的两个齿侧制造出7-8°的侧后刀面，侧向后角粗加工和齿形同时磨削，既避免了双负楔角螺纹刀具在加工过程中侧后刀面发生干涉的问题，又同时进行齿形加工，提高加工效率。

S5和S6进行齿两侧单边精磨，如图14和图15所示，利用精磨砂轮18单边每次往复两刀分步精磨，S5和S6顺序可换。

具体的，S5：如图10所示，利用第一夹具23以及固定安装在第一夹具23上的导向块24一，将上一步骤加工后的精坯安装在普通成型磨床A上，用压紧块25压紧，顺时针旋转第一夹具23第二角度θ2，形成正角度θ3，利用精磨砂轮18往复两刀分步精磨齿左侧33；

S6：利用第一夹具23以及固定安装在第一夹具23上的导向块24二，将上一步骤加工后的精坯安装在普通成型磨床A上，用压紧块25压紧，逆时针旋转第一夹具23第二角度θ2，形成正角度θ3，利用精磨砂轮18往复两刀分步精磨齿右侧34；

具体的，如图14所示，顺时针旋转第一夹具23第二角度θ2，可取9°，形成正角度θ3，可取2°30′，同时导向块24一自带第三角度θ4，如图16和图17所示，能够使得齿部以其相邻周边线19为主轴顺时针旋转第三角度θ4，可取3°30′或3°50′，利用精磨砂轮18往复两刀分步精磨齿左侧33，S3中齿左侧33精磨余量控制在0.1mm，往复两刀分步精磨为，第一刀的吃刀量控制在0.04-0.06mm范围内，砂轮退回时的吃刀量控制在0.05mm，走刀速度12m/min，精磨掉齿侧精磨部17的余量，同时去除刃带部20的刃带，提高刀具质量，进刀方向21与轴线垂直。

将第一夹具23回正并检查；更换导向块24二，如图15所示，逆时针旋转第一夹具23，相关角度同上，走刀速度12m/min；齿左侧33和齿右侧34精磨顺序可换。

在单边精磨的基础上，通过第一夹具23的角度调整设置，能够始终使得精磨的一侧处于正角度θ3，使得普通磨床进行磨削加工成为可能；同时通过导向块24一和导向块24二自带的第三角度θ4，使得齿侧精磨的同时完成侧向后角的精磨，砂轮磨削后产生没有刃带的侧后角，符合使用要求，形成合格的刀具齿部。

S7：齿左侧33和齿右侧34依次完成精磨后在齿顶31形成接刀；接刀方式为现有技术，在此不再赘述。

S8进行开前面形成合格齿形，具体的，由于加工前刀面22会造成刀尖高变化，如图18所示，由6.35mm减小为6.15mm(图19中0.2mm为两者差值)，加上刀具两侧均有3-4°侧向后角，会使得齿宽变小导致超差，所以如图19所示，精磨齿形的齿宽可预先加宽0.025mm，这样就能够避免齿宽变小，即精磨后预留有齿宽余量0.025mm，进行开前刀面22，直接能够加工合格齿形。

双负楔角、第一角度θ1、第二角度θ2、正角度θ3、第三角度θ4和齿宽余量通过预设的比例进行设置，提高本工艺方法的通用性，以快速确定更多型号双负楔角刀具加工数据选择，其中各角度具体表示如实施例一，在此不再一一解释。

表1双负楔角刀具尺寸数据表

双负楔角	第一角度	第二角度	正角度	第三角度	齿宽余量
						-3°	7°	6°	3°	3.5°	0.025mm

双负楔角的数值由市场需求决定，与精磨齿形中的第二角度密切相关，一般来讲，第二角度要使负楔角由负转正至3°，即第二角度＝3°-负楔角度数。

第一角度与第三角度相关联，一般来说双负楔角刀具的第三角度都为3.5°，故粗磨齿侧余量8时均给到7°，可去除大部分余量。

齿宽余量与第一角度、第三角度相关，当第一角度、第三角度固定为7°、3.5°时候，齿宽余量均为0.025mm。

本实施例提供的一种适用于普通成型磨床的双负楔角齿形磨削工艺，突破了现有双负楔角特殊螺纹刀具加工无法在普通成型磨床上进行，只能采用高精密设备完成，导致刀具加工门槛高的技术难点；本方案在详细研究双负楔角齿形结构以及现有高精密设备加工流程后，发现上述特殊齿形无法在普通成型磨床上加工的阻碍在于齿形的双负角度与普通磨床砂轮只能形成正角度加工的硬件限制相冲突，普通刀具厂商的惯性思维仅仅局限于单台磨床的单一加工方式，因此一直无法解决上述冲突，而本方案与现有技术的最大区别就是突破惯性思维，优化了整个双负楔角齿形的加工工艺步骤，并不需要精密设备一次成型到位，而是在符合砂轮硬件限制的基础上，将整个加工过程切片式划分，创造性地提出先磨削0角度齿部，再进行两次单边磨削，并且在两次单边磨削的同时，提出侧后角与齿形同时磨削的工艺创造，整个过程在两个普通成型磨床上进行切换加工，通过磨床的有序切换，夹具的特殊旋转，不仅使得在普通成型磨床上进行双负楔角的磨削成为可能，还实现了齿形尺寸正确、齿顶接刀痕迹轻微，高质量的双负楔角齿形加工工艺，大大降低了双负楔角齿形刀具的加工门槛，有利促进了刀具厂商的生产效益以及螺纹结构、螺纹加工等技术发展。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (6)

1.一种适用于普通成型磨床的双负楔角齿形磨削工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1：利用第一夹具，将工件精坯安装在普通成型磨床A上；

S2：利用粗磨砂轮磨削出0角度齿部，齿顶和齿底均留精磨余量，齿左侧和齿右侧均留粗磨余量；

S3：利用第二夹具，将上一步骤加工后的精坯安装在普通成型磨床B上；

S4：通过旋转第二夹具形成第一角度，采用粗磨砂轮分别对齿左侧和齿右侧进行侧向后角粗加工，去除大部分余量，齿左侧和齿右侧均留精磨余量；

S5：利用第一夹具以及固定安装在第一夹具上的导向块一，将上一步骤加工后的精坯安装在普通成型磨床A上，顺时针旋转第一夹具第二角度，形成正角度，利用精磨砂轮往复两刀分步精磨齿左侧；

S6：利用第一夹具以及固定安装在第一夹具上的导向块二，将上一步骤加工后的精坯安装在普通成型磨床A上，逆时针旋转第一夹具第二角度，形成正角度，利用精磨砂轮往复两刀分步精磨齿右侧；

S7：齿左侧和齿右侧依次完成精磨后在齿顶形成接刀；

S8：精磨后预留有齿宽余量，进行开前刀面；

其中，所述导向块一和导向块二均具有第三角度，用于齿侧精磨的同时完成侧向后角的精磨；S5和S6顺序可换。

2.根据权利要求1所述的一种适用于普通成型磨床的双负楔角齿形磨削工艺，其特征在于，S4中，齿左侧和齿右侧精磨余量均控制在0.1mm；S6中，往复两刀分步精磨为，第一刀的吃刀量控制在0.04-0.06mm范围内，砂轮退回时的吃刀量控制在0.05mm。

3.根据权利要求1所述的一种适用于普通成型磨床的双负楔角齿形磨削工艺，其特征在于，S2中，磨削出0角度齿部为，分三刀进行，最后一刀的吃刀量控制在0.5mm。

4.根据权利要求1所述的一种适用于普通成型磨床的双负楔角齿形磨削工艺，其特征在于，S2中，齿顶和齿底均留0.1mm精磨余量，齿左侧和齿右侧粗磨余量均控制在0.1-0.2mm范围内。

5.根据权利要求1所述的一种适用于普通成型磨床的双负楔角齿形磨削工艺，其特征在于，S4中，所述侧向后角控制在3-4°范围内。

6.根据权利要求1所述的一种适用于普通成型磨床的双负楔角齿形磨削工艺，其特征在于，所述双负楔角为6°30′，第一角度为7°，第二角度为9°，正角度为2°30′，第三角度为3°30′，齿宽余量为0.025mm。