专利名称：内螺纹加工方法
技术领域：
本发明涉及机械加工技术领域，特别是一种内螺纹加工方法。
背景技术：
现有的螺纹 加工主要有车削和铣削两种方法。车削用来加工回转体零件，把零件通过三爪卡盘夹在机床主轴上，并旋转，然后用车刀沿回转体的母线走刀，切出产品外型来。车床上还可进行内孔，螺纹，咬花等的加工，后两者为低速加工。而铣削是将毛坯固定，用高速旋转的铣刀在毛坯上走刀，切出需要的形状和特征。传统铣削较多地用于铣轮廓和槽等简单外形/特征。数控铣床可以进行复杂外形和特征的加工以及内螺纹的加工。车床加工工件内螺纹的方法是把需要加工螺纹的工件(图I零件12)夹在主轴卡盘(图I零件2)上，把刀杆(图I零件I)夹在刀架(图I零件14)上，然后工件旋转，刀具沿轴向前进做直线运动，在整个加工过程中，刀杆从刀片(图I零件3)开始接触到工件起(如图I)到完成加工(如图2)，一直处于悬臂梁状态。这时如果忽略刀杆的间隙长度Ls(如图2)，刀杆的悬臂长度Lt近似等于工件的长度L，刀杆在刀片处的挠度为fl，这里所述挠度一般指梁、桁架等受力构件在荷载作用下的最大变形。如在加工细长内螺纹(例如螺纹的直径小于20mm，或者螺纹的长度与直径之比大于10)时，由于刀杆较细又只有前端刀片处受力，成悬臂梁状态，在刀片处产生的挠度太大，容易产生让刀的情况，而且吃刀不能太深，这样不仅降低生产效率而且保证不了产品质量。还有一种方法，类似普通的螺纹加工，工件装在卡盘上，刀杆安装在刀架上，但是做一个刀头套，这个套安装在刀头上，套在已经加工好的孔中移动，也起支撑作用，但刀头套有以下缺点1 :刀头套本身在孔中，会使刀杆的直径更小，会从另一个方面增大挠度，而且，对于孔径较小的螺纹可能就无法加工刀头套。2 :由于刀头套在孔中移动，是靠浮动支撑，间隙很难控制，大了，螺纹没有精度，小了，容易卡死。
另外一种内螺纹的加工方法是铣削加工如专利申请号为200810231777. 3，申请日为2008-10-16，名称为“大直径锥管内螺纹的加工方法”的发明专利，其技术方案为，该方法按照以下步骤实施在数控机床主轴上安装螺纹铣刀，将工件上锥管内螺纹的一个螺距沿轴线分为若干等份，对每一等份对应的工件内壁圆弧按照圆柱形螺纹的加工方式实施；当加工完一个等份圆柱形螺纹后，机床Z轴就进给了一个等份的螺距，同时将螺纹铣刀对应的X、Y坐标轴合成圆弧加工直径相应减小，对每一等份对应的工件内壁圆弧按照圆柱形螺纹的加工方式实施，依此类推，将若干个不同直径的圆柱形螺纹线首尾连通，直到加工到需要的锥管内螺纹深度即成。上述的螺纹铣削加工方法中，刀具不仅需要自转还需要沿螺旋线旋转。这种方法只能在铣削(加工)中心上使用，无法在数控车床上使用，并且其加工内螺纹的方式是采用刀具做螺旋状运动来实现的，刀杆在整个加工过程中始终为悬臂梁状态，所以如果将此种方法应用在对细长型或者是长径比大于10的工件进行内螺纹加工时，也会存在挠度过大从而影响加工精度和效率的问题。
发明内容
为了克服现有的内螺纹加工方法在加工细长型或者是长径比大于10的工件时存在的在刀片处产生的挠度太大，容易产生让刀的情况，而且吃刀不能太深，又降低生产效率而且保证不了产品质量的问题，现在特别提出一种内螺纹加工方法。为实现上述目的，本发明的技术方案如下
一种内螺纹加工方法，其特征在于该方法按照以下步骤实施，
在车床上安装刀杆，刀杆两端固定，刀杆一端安装在车床主轴的卡盘上，刀杆另一端安装在轴承上，卡盘是安装在车床主轴上，刀杆上设置有刀片；待加工内螺纹的工件安装在刀架上，刀架安装在车床的溜板箱上，当刀杆与其上的刀片由主轴带动旋转时，工件随着刀架在溜板箱的带动下沿刀杆上的母线方向做直线运动，运动过程中，位于工件的中空处的刀片在旋转时对工件内壁进行螺纹加工；
通过数控车床的控制，当主轴带动刀杆与其上的刀片旋转一周的同时，刀架带动工件前进一个螺距，如此循环，即实现了工件内螺纹的加工。所述车床包括床身、主轴、溜板箱和尾座；
工件与刀架之间通过套筒连接，具体地说工件装在一个套筒中，再把套筒固定在刀架
上；
在刀架的两侧安装有提供旋转支撑和滑动支撑的轴承(图3零件8)，所述一侧轴承为可开式轴承(图3零件9)；
加工时，先把可开式轴承(图4零件9)和可开式轴承套筒(图4零件11)打开，让刀架向刀片方向移动，当刀片到达可开式轴承与待加工工件之间(图5)后，使刀杆停止旋转并且刀架停止运动，，再把该侧的可开式轴承和可开式轴承套筒合拢；然后，刀杆继续旋转，而工件继续运动(图6)，当刀片全部通过工件后，加工完成(图7)。所述刀杆上设置有刀片组，刀片组包括多个刀片，所述刀片为成型刀片，把整个内螺纹的螺纹牙型分成多个部分，用数量对应的刀片依次分别完成对应部分的切削。当内螺纹为三角螺纹和矩形螺纹等牙形断面较小的螺纹时，刀杆上的多个刀片的切削断面与所需加工螺纹的牙型相同或相近，但高度(图9中Ht)不同的刀片(图9中刀片f、刀片g、刀片h)依次切削，最后完成整个螺纹牙型的加工。当内螺纹为梯形螺纹或其他复杂牙形且牙形断面较大的螺纹时，刀杆上的多个刀片形状可以与所加工的牙形不同，但全部刀片叠加后能覆盖整个牙型(
图10中刀片a、b、c、d、e)，这些刀片依次切削工件，最后完成整个牙型的加工。所述沿内螺纹加工方向的刀片组的最后一个刀片与待加工的螺纹牙型完全相同(图10中刀片e)用于完成整个牙形的精加工。刀片的安装刀杆上依次 设置有与螺纹牙型不同的多个刀片，(图9中刀片f、g、h)，多个刀片沿螺旋线安装在刀杆上(图11)，多个刀片的螺纹牙型沿加工方向为依次增高，直到最后的刀片牙型与待加工螺纹牙形相同，刀杆旋转的同时工件做直线运动，各个刀片依次切削，最后完成整个牙形的加工；
所述刀杆上前、后两个刀片最好互为180°分布，这样可以抵消一部分径向力，减小刀杆因扭矩产生的变形；所述螺旋线的螺距与所需加工的螺纹螺距一致；
刀片的安装刀杆的同一个位置装不同的刀片，每个刀片加工完成后换下一个刀片，例如在加工图9的工件时，先在刀杆上安装刀片f (图12)，刀片f加工完成后，在刀杆的同一个位置(或者是刀片f 所在螺旋线上的其他位置，这条螺旋线的螺距与所加工螺纹的螺距相同)依次换上刀片g (图13)和刀片h (图14)进行切削。本发明的优点在于
I、给刀杆增加支撑，为了给刀杆增加支撑首先要改变刀具和工件的运动方式和传统的螺纹铣削加工方法(刀具不仅需要自转还需要沿螺旋线旋转)不同，本方法让刀具只做旋转运动同时让工件和刀具之间只做相对的直线运动。以车床为例，就是让刀具只做旋转运动而让工件只做直线运动,如图把刀杆(图3零件I)夹在主轴的卡盘(图3零件2)上，把需要加工内螺纹的工件(图3零件12)安装在刀架(图3零件14)上，刀具做旋转运动，工件做直线运动，通过数控车床的控制系统，使主轴带动刀具旋转一周的同时，刀架带动工件前进一个螺距，这样就可以完成了螺纹的加工。刀具只做旋转运动同时让工件和刀具之间只做相对的直线运动可以增加对刀杆的支撑，使刀杆不再是悬臂梁，有更好的稳定性和加工精度还可以提供加工效率。2、在整个加工过程中，刀杆两端都有支撑(图5)，理论上讲，当刀片在工件中点时，这时刀片处刀杆的挠度最大，如果忽略Lg和Lt的话(当工件的长度远远大于Lg+Lt时)，刀
Pf 5
杆两个支撑之间的长度Lw约等于工件的长度L，刀片处刀杆的挠度是f2(图5)，f2=
4S￡/
，忽略Lg和Lt时，f2= 。而使用传统加工方式加工同样长度的工件时(图1)，刀片处
4EEI
刀杆的挠度是fl，fl=f￡-。这时f2/fl=3/48。也就是说这时刀杆的挠度只有传统加工
IEf
方法时的3/48。如果内螺纹的长径比不是太大时，为了方便加工，可以省掉左边的可开式轴承(图8)，这时，刀杆两个支撑之间的长度Lw约等于工件的长度L的2倍(同样忽略Lg和
Lt)，刀片处刀杆的挠度为f3，f3= == ，f3/f 1=1/2，也就是说这时刀杆
故FJ 4腸故FJ
的挠度只有传统加工方法时的1/2。3、由于这种加工方式中刀杆不做径向进刀，所以要用成型刀片加工，不做径向进刀也避免了刀杆在径向运动时影响加工精度的问题，为了避免一次切削量太大，由在刀杆一定位置上的几个刀片组合完成，就是把整个螺纹的牙形分成若干部分，用几把对应的刀片依次分别完成对应部分的切削。一次切削量太大会使刀杆变形太大(挠度增大)导致加工精度丧失，同时刀片磨损加剧。4、在用组合刀片加工时留一点余量，最后用一个与螺纹牙形完全相同的刀片(图10中刀片e)完成整个牙形的精加工，提高产品的精度。5、刀片沿螺旋线(螺距与所需加工的螺纹螺距一致)依次安装在刀杆上保证了前后刀片加工出来的螺纹在一根螺旋线上。
6、前、后两个刀片成180°分布，这样可以进一步抵消切削力产生的变形。
7、依次在刀杆的同一个位置装不同的刀片，每个刀片加工完成后换下一个刀片，刀片总长度缩短(图5中Lg和Lt都可以缩短)，刀杆的总长(图5中Lw)就缩短，挠度就减小；刀杆的结构就变简单了，加工容易。
8、工件越长越能体现本方法的优越性，因为工件越长越可以忽略进刀槽和退刀槽(Lg和Lt)的长度(两种加工方式挠度的比较f2/f 1=3/48)。
说明书附图
图I为现有的内螺纹加工方式之一。图2为现有的内螺纹加工方式之二。图3为刀杆被可开式轴承夹持后的结构示意图。图4为可开式轴承、可开式轴承套筒为打开状态时的结构示意图。图5为刀杆穿过工件，可开式轴承在刀片的一侧处于打开状态的结构示意图。图6为可开式轴承合拢后，内螺纹加工时的结构示意图。图7为完成内螺纹加工后，可开式轴承闭合状态时的结构示意图。图8为省略可开式轴承的结构示意图。图9为适用于三角螺纹和矩形螺纹等牙形断面较小的螺纹的刀片组结构示意图。图10为适用于梯形螺纹或其他复杂牙形且牙形断面较大的螺纹的刀片组结构示意图。图11为螺旋分布的刀片结构示意图。图12为刀杆上设置一个刀片时的结构不意图之一。图13为刀杆上设置一个刀片时的结构示意图之二。图14为刀杆上设置一个刀片时的结构示意图之三。图15为内螺纹加工装置的整体结构示意图。附图中I、刀杆 2、卡盘3、刀片a 4、刀片b 5、刀片c 6、刀片d 7、刀片e
8、轴承9、可开式轴承10、轴承套筒11、可开式轴承套筒12、工件13、套筒14、刀架15、刀片f 16、刀片g 17、刀片h。
具体实施例方式内螺纹加工方法，按照以下步骤实施，
在车床上安装刀杆，刀杆两端固定，刀杆一端安装在车床主轴的卡盘上，刀杆另一端安装在轴承上，卡盘是安装在车床主轴上，刀杆上设置有刀片；待加工内螺纹的工件安装在刀架上，刀架安装在车床的溜板箱上，当刀杆与其上的刀片由主轴带动旋转时，工件随着刀架在溜板箱的带动下沿刀杆上的母线方向做直线运动，运动过程中，位于工件的中空处的刀片在旋转时对工件内壁进行螺纹加工；
通过数控车床的控制，当主轴带动刀杆与其上的刀片旋转一周的同时，刀架带动工件前进一个螺距，如此循环，即实现了工件内螺纹的加工。所述车床包括床身、主轴、溜板箱和尾座；
工件与刀架之间通过套筒连接，具体地说工件装在一个套筒中，再把套筒固定在刀架
上；
在刀架的两侧安装有提供旋转支撑和滑动支撑的轴承(图3零件8)，所述一侧轴承为可开式轴承(图3零件9)； 加工时，先把可开式轴承(图4零件9)和可开式轴承套筒(图4零件11)打开，让刀架向刀片方向移动，当刀片到达可开式轴承与待加工工件之间(图5)后，使刀杆停止旋转并且刀架停止运动，，再把该侧的可开式轴承和可开式轴承套筒合拢；然后，刀杆继续旋转，而工件继续运动(图6)，当刀片全部通过工件后，加工完成(图7)。所述刀杆上设置有刀片组，刀片组包括多个刀片，所述刀片为成型刀片，把整个内螺纹的螺纹牙型分成多个部分，用数量对应的刀片依次分别完成对应部分的切削。当内螺纹为三角螺纹和矩形螺纹等牙形断面较小的螺纹时，刀杆上的多个刀片的切削断面与所需加工螺纹的牙型相同或相近，但高度(图9中Ht)不同的刀片(图9中刀片f、刀片g、刀片h)依次切削，最后完成整个螺纹牙型的加工。当内螺纹为梯形螺纹或其他复杂牙形且牙形断面较大的螺纹时，刀杆上的多个刀片形状可以与所加工的牙形不同，但全部刀片叠加后能覆盖整个牙型(图10中刀片a、b、c、d、e)，这些刀片依次切削工件，最后完成整个牙型的加工。所述沿内螺纹加工方向的刀片组的最后一个刀片与待加工的螺纹牙型完全相同(图10中刀片e)用于完成整个牙形的精加工。刀片的安装刀杆上依次设置有与螺纹牙型不同的多个刀片，(图9中刀片f、g、h)，多个刀片沿螺旋线安装在刀杆上(图11)，多个刀片的螺纹牙型沿加工方向为依次增高，直到最后的刀片牙型与待加工螺纹牙形相同，刀杆旋转的同时工件做直线运动，各个刀片依次切削，最后完成整个牙形的加工；
所述刀杆上前、后两个刀片最好互为180°分布，这样可以抵消一部分径向力，减小刀杆因扭矩产生的变形；
所述螺旋线的螺距与所需加工的螺纹螺距一致；
刀片的安装刀杆的同一个位置装不同的刀片，每个刀片加工完成后换下一个刀片，例如在加工图9的工件时，先在刀杆上安装刀片f (图12)，刀片f加工完成后，在刀杆的同一个位置(或者是刀片f 所在螺旋线上的其他位置，这条螺旋线的螺距与所加工螺纹的螺距相同)依次换上刀片g (图13)和刀片h (图14)进行切削。实施例I
下面结合附图对本专利进行说明，在图I与图2中，
权利要求
1.一种内螺纹加工方法，其特征在于该方法按照以下步骤实施， 在车床上安装刀杆(1)，刀杆(I)两端固定，刀杆(I) 一端安装在车床主轴的卡盘(2)上，刀杆(I)另一端安装在轴承(8)上，卡盘(2)是安装在车床主轴上，刀杆(I)上设置有刀片；待加工内螺纹的工件(12)安装在刀架(14)上，刀架(14)安装在车床的溜板箱上，当刀杆(I)与其上的刀片由主轴带动旋转时，工件(12)随着刀架(14)在溜板箱的带动下沿刀杆(I)上的母线方向做直线运动，运动过程中，位于工件(12)的中部空心处的刀片在旋转时对工件(12)内壁进行螺纹加工； 通过数控车床的控制，当主轴带动刀杆(I)与其上的刀片旋转一周的同时，刀架(14)带动工件(12)前进一个螺距，如此循环，即实现了工件(12)内螺纹的加工； 所述车床包括床身、主轴、溜板箱和尾座。
2.根据权利要求I所述的内螺纹加工方法，其特征在于工件(12)与刀架(14)之间通过套筒(13)连接，具体地说工件(12)装在一个套筒(13)中，再把套筒(13)固定在刀架(14)上。
3.根据权利要求2所述的内螺纹加工方法，其特征在于在刀架(14)的两侧安装有提供旋转支撑和滑动支撑的轴承(8)，所述一侧轴承为可开式轴承(9); 加工时，先把可开式轴承(9)和可开式轴承套筒(11)打开，让刀架(14)向刀片方向移动，当刀片到达可开式轴承(9)与待加工工件(12)之间后，使刀杆(I)停止旋转并且刀架(14)停止运动，再把该侧的可开式轴承(9)和可开式轴承套筒(11)合拢；然后，刀杆(I)继续旋转，而工件(12)继续运动，当刀片全部通过工件(12)后，加工完成。
4.根据权利要求3所述的内螺纹加工方法，其特征在于所述刀杆(I)上设置有刀片组，刀片组包括多个刀片，所述刀片为成型刀片，把整个内螺纹的螺纹牙型分成多个部分，用数量对应的刀片依次分别完成对应部分的切削。
5.根据权利要求4所述的内螺纹加工方法，其特征在于当内螺纹为三角螺纹和矩形螺纹等牙形断面较小的螺纹时，刀杆(I)上的多个刀片的切削断面与所需加工螺纹的牙型相同或相近，但高度不同的刀片依次切削，最后完成整个螺纹牙型的加工。
6.根据权利要求4所述的内螺纹加工方法，其特征在于当内螺纹为梯形螺纹或其他复杂牙形且牙形断面较大的螺纹时，刀杆(I)上的多个刀片形状与待加工螺纹的牙形相异，但叠加后能覆盖整个牙型的刀片依次切削，最后完成整个牙型的加工。
7.根据权利要求5或6所述的内螺纹加工方法，其特征在于所述沿内螺纹加工方向的刀片组的最后一个刀片与待加工的螺纹牙型完全相同用于完成整个牙形的精加工。
8.根据权利要求7所述的内螺纹加工方法，其特征在于刀杆(I)上依次设置有螺纹牙型不同的多个刀片，多个刀片沿螺旋线安装在刀杆(I)上，多个刀片的螺纹牙型沿加工方向为依次增高，直到最后的刀片牙型与待加工螺纹牙形相同，刀杆(I)旋转的同时工件(12)做直线运动，各个刀片依次切削，最后完成整个牙形的加工； 所述刀杆(I)上前后的两个刀片互为180°分布； 所述螺旋线的螺距与所需加工的螺纹螺距一致。
9.根据权利要求7所述的内螺纹加工方法，其特征在于刀杆(I)的同一个位置装不同的刀片，每个刀片加工完成后换下一个刀片，在加工工件(12)时，先在刀杆(I)上安装刀片f (15)，刀片一加工完成后，在刀杆(I)的同一个位置，或者是刀片一所在螺旋线上的其他位置，所述螺旋线的螺距与待加工的工件(12)螺纹螺距相同，依次换上刀片g (16)和刀片h (17)进行切削
全文摘要
本发明涉及机械加工技术领域，特别是一种内螺纹加工方法，具体为在车床上安装刀杆，刀杆两端固定，刀杆一端安装在车床主轴的卡盘上，刀杆另一端安装在轴承上，卡盘是安装在车床主轴上，刀杆上设置有刀片；待加工内螺纹的工件安装在刀架上，刀架安装在车床的溜板箱上，当刀杆与其上的刀片由主轴带动旋转时，工件随着刀架在溜板箱的带动下沿刀杆上的母线方向做直线运动，运动过程中，位于工件的中空处的刀片在旋转时对工件内壁进行螺纹加工。本发明的优点为给刀杆增加支撑，为了给刀杆增加支撑首先要改变刀具和工件的运动方式，本方法让刀具只做旋转运动同时让工件和刀具之间只做相对的直线运动。
文档编号B23G1/44GK102615362SQ20121011745
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月20日 优先权日2012年4月20日
发明者孙珏, 汪瑜 申请人:德阳宝特机械设备有限责任公司