圆螺旋面及其加工工艺

圆柱螺旋线为导线，使母线圆的圆心沿着导圆柱螺旋线运动，并且母线圆平面始终与导圆柱螺旋线的轴线相垂直

一、圆螺旋面的形成原理

以一个定半径的圆周为母线，圆柱螺旋线为导线，使母线圆的圆心沿着导圆柱螺旋线运动，并且母线圆平面始终与导圆柱螺旋线的轴线相垂直，这样，母线圆运动所形成的曲面即为圆螺旋面。圆螺旋面的轴向截形是由圆弧连接所形成的光滑曲线(如图1所示)。因此，通常把这种形状的螺纹称为波形螺纹。

二、圆螺旋的特点及应用

圆螺旋面在机械制造业、特别是矿山机械、重型凿岩机械等中应用较为广泛。例如螺杆钻具发动机的主要零体之一螺杆，重型凿岩机的钎头、钎杆、钎尾的连拉螺纹，螺杆泥浆泵中的螺杆等，其截面形状都为圆弧螺旋面。圆弧螺旋面具有下列一些特点:

(1)螺距比较大，螺纹深度浅。通常圆螺旋面的螺距都大于12mm，有时则更大。例如螺杆钻具发动机的螺杆其螺距为96mm，螺纹深度为4mm。

(2)波峰波谷是由光滑的圆弧连接而成见图1。

(3)通常其长径比较大。因而多为细长杆件，刚性不好，加工时较为图难。

(4)这种螺杆拆卸快，连接刚性好，抗冲击疲劳能力强，传递扭矩大。

三、圆弧螺旋面的制造形状

由上述特点可见，圆螺旋面的加工较为复杂。目前，生产中常用的加工方法有如下两种:

(1)用成形刀县车削或用靠模加工，这种方法，不仅加工效率低，工人劳动强度也大，而且刀具的刃磨、样板的制造较为复杂，费用较高，加工精度也不易保证。

(2)用旋风铣削法加工。该法在没有专用机床的情况下，可用通用机床改装，结构简单，制造容易。可用普通尖刀进行加工，刀具刃磨简单，调整，操作方便，可大大降低劳动强度，效率较前者可提高3~5倍，加工精度和表面粗糙度均可达到图纸要求，因而，是加工圆螺旋面的比较理想的加工方法。

四、圆螺旋面的旋风铣削

图2为螺杆钻具发动机的螺杆零件图。通过分析可见，它实际上是这样一种螺纹，即螺纹的任意截面均为一圆，圆心的轨迹是以螺纹的轴心为中心，以螺纹的深度为直径的圆柱上的一条螺旋线。这种螺纹通常用内切法进行旋风铣削，为了得到较高的生产效率，满足加工要求，应从以下几个方面采用措施:

1.机床的改装与调整

旋风铣削圆螺旋面的装置通常可由通用机床(如车床、铣床等)改装而成。即取下车床的小刀架或中拖板，装上设计的旋风铣削头，并使其中心与机床中心等高，如图3所示。其调整过程是这样的:把工件夹持在机床三爪卡盘中，并计算进给挂轮，保证主轴转一转，拖板移动一个所要求的螺距；调整旋风刀头的位置，使刀头的旋转直径等于波形螺纹的中径，再夹紧刀头，摇动横向进给手柄，使刀头的旋转中心与工件中心偏距为螺纹深度的一半；先启动旋风铣头电机，然后再启动机床电机让工件旋转，即可进行加工。

对于刚性较长的细长螺杆，为了保证其有足够的刚性，减小切削过程中的变形，往往需要设置跟刀架(可采用前跟刀架、后跟刀架或前后同时采用跟刀架)，采用先进的磁力跟刀架，可大大降低切削过程中的振动，有效地改善被加工螺杆的质量，这种螺纹的螺距通常较大，为了操作加工方便，一般要求机床主轴转速不能过高，常取0.5~5r/min。所以，需要在主传动系统中增设减速机构。经改装后，即可按要求加工。

2.切削用量的选择

为了得到所要求的精度和表面质量，合理切削用量的选择是很关键的。旋风铣削的切削用最通常包括:切削速度(或旋风铣刀头的转速)、每齿圆周进给量、切削深度和工件转速等，切削深度取决于螺纹的深度通常都是一次切至全深，只有当切深较大(大于8mm)时，才采用两次连刀切削。

实验表明:加工圆螺旋面的合理切削用量为:工件转速:0.5~5r/min

旋风刀头转速:1000~2000r/min

铣削方式:顺铣常用刀具材料:YT15，YC8

3.加工中应注意问题

(1)为了操作安全、防止切屑飞溅，应该设置防护罩。旋风铣削圆螺旋面螺纹时，虽然切削过程是连续的，但切削深度是不断变化的、切削层面积是周期性变化的，断屑比较容易；同时切削速度较高，切屑易于产生飞溅现象，因此应该设置防护罩。

(2)有时需要从机床头部向尾部进行切削，应先在螺纹根部按螺纹偏心量的大小切出偏心空刀槽，并保证对刀时，使刀具的旋转中心与空刀槽偏心圆的圆心重合后，方可开动机床进行切削。

(3)当切深较大时，需要分两次切削，此时应注意机床丝杠螺距与工件螺距不成整数倍时，刀尖与工件所产生的相位差，也就是要保证第二次开始切削时，刀尖与已切出的波形凹凸方向一致时，才可开始第二次走刀切削。

(4)为了减小工件的热变形，提高加工精度，常采用喷雾冷却法。旋风铣削的切削速度较高，因而切削过程中的切削温度较高，生产中常是干切削或用压缩空气冷却，但是喷雾冷却可获得很好的效果。因为喷雾冷却时，细小的雾状颗粒液体，易汽化，能吸收大量的热，能显著降低切削温度和工件温度，因此除可提高刀具耐用度外，还能减小热变形，提高精度。

旋风铣削圆螺旋面螺纹具有结构简单、制造方便等优点，它是一种高效加工方法，能够满足一定螺纹的加工要求。上述试验已应用于实际生产并取得了较为显著的效果。而且这种装置经过适当地调整，也可以用于细长杆件外圆表面的旋风铣削。(编辑其路)