阀杆梯形螺纹的切削技术探讨

图7⁃14 旋风切削的原理

（1）旋风切削的原理 旋风切削（又称旋风铣）是一种效率较高的螺纹加工方法（其效率较车削螺纹提高3～6倍）。其工艺装备比较简单，适用范围较广，所以广泛用来加工阀杆梯形螺纹。

旋风切削时，螺纹刀头（通常采用1～4把）安装在高速旋转的专用刀盘上作切削运动，阀杆低速旋转形成圆周进给运动，螺纹刀头的背吃刀量为螺纹的牙形高t。刀盘在高速旋转的同时并作轴向运动，工件每旋转一周，刀盘轴向移动一个螺距（或导程）。这样，在工件表面就加工成螺纹。

如图7⁃14所示，旋风切削时，刀头只在其圆形轨迹的1/3～1/8的圆弧上参与切削。这种断续切削容易引起振动，但刀具可周期地在空气中冷却，有利于减少刀刃部分的切削热。

高速旋转的刀盘及其驱动装置等统称为旋风切丝器。旋风切丝器通常安装在卧式车床的溜板上。

图7⁃15 刀盘的安装

刀盘轴线应相对于阀杆轴线倾斜—螺纹升角ω，如图7⁃15所示，使两侧刃的工作后角与刀具后角一致。此外，也可避免切削时发生干涉现象。

根据切削方式不同，旋风切削分为内切法和外切法，如图7⁃16所示。工件在刀尖圆形运动轨迹之内，刀尖朝向刀盘中心来切削的叫内切法。反之，工件在刀尖圆形运动轨迹之外，刀尖背向刀盘中心的叫外切法。

采用内切法时，刀尖轨迹与工件接触弧较长，切屑较薄，振动小，并比较容易获得Ra值较小的表面粗糙度。内切法旋风切丝器的结构也较紧凑，占据的空间位置小，在车床上容易布置。此外，由于切削区域是在刀盘的孔内，便于安装防屑装置，所以内切法的切屑飞溅问题较易处理。由于内切法具有上述优点，故应用比较普遍。只有在加工大直径螺纹或不便使用内切法时才采用外加法。

图7⁃16 旋风切削的内切法与外切法

a）内切法 b）外切法

采用内切法时，为便于退刀，刀尖轨迹圆应与工件偏心。通常偏心值E为

E=h+Δ（mm）

式中 h——螺纹牙型高（mm）；

Δ——退刀间隙，一般取2～4mm。

刀尖的回转直径

D=d+2E

式中 d——梯形螺纹外径（mm）。

偏心值E不可过大。否则，刀尖轨迹与工件的接触弧缩短，切屑短而厚，刀具承受的冲击载荷较大，容易引起振动而加速刀具的磨损，并造成加工表面的表面粗糙度Ra值增大。图7⁃17为偏心值E与切屑形状的关系。

旋风切削的切削速度高，断续切削的冲击较大，故刀具磨损快，对振动也较敏感。因此，采用旋风切削时，要具有良好的工艺系统刚性。刀具也应选用韧性和耐磨性较好的硬质合金刀片，如YG6、YG8、YW2等。

图7⁃17 偏心值E与切屑形状的关系

（2）旋风切丝器 图7⁃18所示的内切法旋风切丝器具有结构紧凑、操作方便和能防止切屑飞溅等特点。切丝器安装在C6140型车床的溜板上，可加工直径ϕ40mm以下阀杆的梯形螺纹，其工作原理如下：

图7⁃18 内切法旋风切丝器(www.xing528.com)

1—套环 2—刀盘 3—带轮 4—铣头体 5—扇形蜗轮 6—蜗杆 7—刻度盘 8—支座

刀盘2固定在带轮3上，由电动机带动旋转，电动机及带轮均安装在铣头体4上。铣头体下部有两轴颈，由支座8上的两轴承支承。铣头体一端轴颈上装有扇形蜗轮5。使用时，可松开紧固螺钉，旋转蜗杆6使铣头体连同刀盘倾斜—螺纹升角ω（常用梯形螺纹的螺纹升角ω如表7⁃4所示）。倾斜角度的数值可由刻度盘7上读出。

表7⁃4 常用梯形螺纹的螺纹升角ω

刀盘2除制有安装刀头的方槽外，还有四条扇形排屑槽。切削螺纹时，切屑经刀盘排屑槽进入套环1内，在刀盘外圆柱表面上的两支拨爪的拨动下，由铣头体4左端轴颈内的排屑孔排出。

刀头可由铣头体右端轴颈孔装入刀盘，并使用对刀样板来保持合适的刀尖回转直径。

使用旋风切丝器时应注意如下事项：

1）旋风切丝器的刀盘和带轮应经仔细平衡。由于刀盘和带轮的转速高，又是断续切削，如平衡不好将容易产生振动而影响加工质量。

2）要注意选用自振轻微的电动机。必要时，可在电动机法兰与铣头体间加上橡胶垫，以减轻电动机振动对刀盘的影响。

3）切丝器的滑板及机床的大溜板的楔铁要调整好，不应有过大的间隙。刀头要紧固，以保证机床—夹具—刀具系统有足够的刚性。

（3）旋风切削时的切削用量 旋风切削是由铣螺纹演变而来的一种加工方法。刀盘可看作螺纹铣刀，刀头尖部的圆周线速度为切削速度。由于使用硬质合金刀具，旋风切削的切削速度较铣螺纹时高得多。

一般加工A105阀杆时切削速度v=150～300m/min；加工非铁金属时v=150～450m/min。

圆周进给量是刀盘每转一周时，一把刀具在工件外圆柱表面上所切去的弧长，如图7⁃15所示。圆周进给量S_o可按式（7⁃1）计算：

式中 D——阀杆螺纹外径（mm）；

n_o——工件转速（r/min）；

n——刀盘转速（r/min）；

z——刀盘安装的刀头数目。

通常圆周进给量S_o=0.8～1.4mm。

（4）不锈钢阀杆螺纹的旋风切削 由于不锈钢材料阀杆螺纹的切削性能不好，在高速切削和断续切削的情况下，刀具极易磨损，所以旋风切削梯形螺纹时，必须采取如下措施。

1）使刀盘的旋转方向与工件的旋转方向一致。加工碳素钢梯形螺纹时，刀盘的旋转方向与工件旋转方向相反，如图7⁃19所示。这时，刀头的切削刃从上一刀头加工完的表面切入工件，切屑由薄而逐渐变厚，切削力较小，冲击小，刀具寿命和加工表面的质量都较高。加工不锈钢梯形螺纹时，由于不锈钢加工硬化趋势强，切削时的金属变形会引起金属加工硬化而在工件表面上形成“冷硬层”（冷硬层的厚度约为0.05～0.20mm）。当刀盘与工件旋向相反时，刀具在相当长的一段圆弧上切深过小。因而实际上是在上一刀头形成的冷硬层上摩擦、挤压，使切削区域温度急剧升高，加上不锈钢的导热率低，所以切削刃易产生过热现象而加速磨损。刀盘与工件的旋向一致时，基本上避免了切削刃在工件冷硬层上切削，相对地也提高了刀具寿命。

2）为使刀具更好地冷却和排除切屑，可使用0.4～0.6MPa的压缩空气来喷吹刀具的前面。

3）切削用量不宜过大。通常v=150m/min；S_o=0.15～0.30mm。

图7⁃19 不锈钢梯形螺纹的旋风切削

a）刀盘与工件旋向一致 b）刀盘与工件旋向相反

4）刀具前面可磨出如图7⁃20所示的圆弧槽。前角γ不宜过大，一般取3°～5°。后角可稍大些，α=8°～12°为宜。