摘要:提出车削大螺距螺纹轴向分层切削方法，通过刀工接触关系及切削层参数的研究，揭示出关键工艺控制变量，并讨论螺纹螺旋升角对左右切削刃工作前角和后角的影响，以及切削次序对切削效率的影响;以切削效率、左右螺纹面加工表面一致性为设计目标，以刀具几何角度、切削参数及切削次序为设计变量，提出大螺距螺纹轴向分层切削工艺设计方法;设计并磨制两把刀具，提出与其匹配的工艺设计方案，进行车削大螺距螺纹切削工艺对比实验．实验结果表明，采用该设计方法获得的工艺方案，可使大螺距螺纹在螺距误差、加工表面形貌及其分布上得到明显改善，满足大螺距螺纹加工质量的要求．
关键词:螺纹;大螺距;车削;轴向分层切削;工艺设计
0引言
螺距大于4mm的螺纹定义为大螺距螺纹［1，它属于非标准件，牙型槽宽且深．此类大螺距螺纹常用于大型压力机调整组件的螺杆和螺母，以及自行火炮上的端口螺纹，并且在各个装备中起着重要的作用［2-4］．因此，研究大螺距螺纹的切削方式，提出大螺距螺纹的工艺设计方法对保障和提高调整及装配精度至关重要［5-7］．已有的研究主要为中小型螺距螺纹的加工方法及精度控制方法，并没有考虑螺距非标准的大螺距螺纹的情况，无法具体揭示大螺距螺纹的加工及精度控制方法［6-9］．大螺距螺纹去除余量大，不可能一次切削完成螺纹的加工，其精加工阶段需要采用多次进刀的方式来完成［10-12］．大螺距螺纹轴向分层切削过程中，若切削次数过少，则无法获得满足加工质量要求的螺纹表面，若切削次数较多，多次切削时切削热和切削力的累积将会缩短刀具寿命，进而影响螺纹加工表面质量，使得加工效果降低;因此，采用轴向分层车削方式进行大螺距螺纹精加工时，必须有相应的设计方法，以保证采用较少的切削次数，获得最高的螺纹加工表面质量．本文在满足技术要求的前提下，以切削效率、左右螺纹面加工表面一致性为设计目标，以刀具几何角度、切削参数及切削次数为设计变量，揭示各变量间的约束关系，提出大螺距螺纹轴向分层切削工艺设计方法;依据该方法设计两种不同的工艺方案，进行大螺距螺纹精加工对比实验，验证设计方法的正确性．
1、轴向分层切削方式及其切削层参数
由于传统径向分层切削方式无法达到车削大螺距螺纹加工精度和表面质量要求，本文针对大螺距螺纹的加工特点，提出轴向分层切削方式，如图1所示．图中，n为工件转速，vf为刀具轴向进给速度，vc为主运动速度;κr1为左刃切削时刀具主偏角，κr2右刃切削时刀具主偏角;d为试件的外径，d2为试件的中径，d1为试件的小径;ap为径向总切深，zlj为左刃单次加工余量，zrk为右刃单次加工余量，hDl为刀具左刃车削时的切削厚度，bDl为刀具左刃车削时的切削宽度，hDr为刀具右刃车削时的切削厚度，bDr为刀具右刃车削时的切削宽度;P为试件螺距，Ｒ1、Ｒ2分别为试件左右侧面的牙型半径，r1、r2为刀具的左右牙尖圆弧半径，α为螺纹牙型角．
图1轴向分层切削方式及刀工接触关系
由于粗加工及半精加工工序结束后，外螺纹的径向尺寸和形状尺寸达到精加工要求，因此大螺距螺纹精加工时，只采用左右切削刃沿轴向交替多次进刀分层切削的方式去除工序加工余量，直至左右螺纹面已加工表面粗糙度和螺纹中径误差控制在预定加工质量指标以下为止．由图1可知，轴向分层切削方式为全刃参与切削，在每一次进刀过程中，切深ap不变并且等于螺纹牙高H，切削层面积只与轴向单次加工余量有关，其变量间关系如下所示:
由上述公式可知，该切削方式采用的是全刃切削，其每一次进刀后，参与切削的切削刃长度不变，切削时的切削层面积与轴向单次加工余量和总径向切深有关．因此，采用轴向分层切削方式精加工大螺距螺纹时，其螺纹表面形成与刀具左右切削刃的状态有密切关系．
