加工波形螺纹的新方法

它的特点是螺距大，螺纹深度浅，波峰波谷由平滑的圆弧曲线连接。在使用相同材料的情况下，这种螺纹具有较高的抗冲击疲劳能力，有拆卸快、刚性好等优点。

在重型凿岩机的钎尾、钎杆、钎头和连接套上，广泛地采用波形螺纹连接(见图一)。

它的特点是螺距大，螺纹深度浅，波峰波谷由平滑的圆弧曲线连接。在使用相同材料的情况下，这种螺纹具有较高的抗冲击疲劳能力，有拆卸快、刚性好等优点。在凿岩过程中，它一方面要传递频率很高(1800次/分)的脉动冲击载荷；另一方面还要传递很大的扭力矩(扭矩=10公斤米)。这就对连接钎尾、钎杆、钎头并传递上述负荷的波形螺纹质量提出更高的要求。用传统的车削螺纹加工法，不仅效率低，工人劳动强度大，质量也达不到要求。为了适应“大打矿山之仗”的需要，促进我国采掘工业的发展，我们在分析已有各种螺纹加工方法的基础上，经过实践、认识、再实践、再认识的多次反复，终于试验成功了一种介于车和铣之间的加工波形螺纹的新方法。它比旧法质量好、效率高，减轻了工人的劳动强度。下面就新法加工波形螺纹的情况和我们的体会介绍如下:

一、对螺纹的几何分析

如图1所示的波形螺纹用样板刀成型车加工时，刀具刃磨困难，精度不易保证。为探讨新的加工方法，我们分析了各种螺纹的轴向截面和径向截面的关系:

1.同一个螺纹的径向截面轮廓上各点的半径与其轴向截面(在一个螺距内)轮廓上各点的半径是一一对应并相等的(见图2)。

2.同一螺纹任意处的径向截面形状是全等的。在同一螺距内，它们的相对应点位置有一个角位移，也就是说，同一螺纹的任意处的径向截面，只要绕其中心回转一适当角度，是可以完全重迭在一起的。在一个螺距内，角位移与轴向位移是成正比例的。

3.各种不同形状的螺纹，都对应有不同形状的径向截面(见图3)。

上述分析给我们这样的启示:当螺纹的轴向截面用成形车削和铣削的方法不易达到精度时，还可以通过保持螺纹的各径向截面不变，仅使其两相邻截面发生相应角位移的方法去进行螺纹加工。

二、初步实践

为了证明上述观点，我们在K96铲床上进行了试验。用径向截面仿形法保证切出螺纹的各径向截面形状相同，用机床的差动系统实现在同一螺距内，各径向截面产生相应的角位移而获得螺距S。用机床的拖板纵向移动产生轴向送进。机床传动系统见图4。

图中:

Ⅰ.主轴旋转运动。

Ⅱ.径向截面仿形运动，即刀具往复运动。

Ⅲ.使相邻截面产生角位移，从而获得螺距的差动运动。

Ⅳ.拖板的轴向移动，使车刀获得送进。

为了简化试验，取试件径向截面相似于铲床已有的阿基米德凸轮，如图5所示。

铲背量K=1.5毫米取螺距S=12毫米，纵向进给S进＝0.5毫米，用普通尖外园车刀进行加工，得到图6所示的螺纹。

这虽不是我们所需要的波形螺纹，但试验结果进一步证实:用保证螺纹各径向截面一致并使相邻两截面发生相应角位移原理加工螺纹的设想是可行的。这种角位移成形原理，在理论上是可以切出各种不同轴向截形的螺纹的。

从试验中还可以看出，凸轮的阿基米德螺线部分对应切出螺纹轴向截面上一段斜线，其斜率显然与阿基米德螺线的K值与螺距S有关，凸轮另一段曲线则是切出螺纹轴向截面上的另一条短线段。这些为我们进一步探讨和分析螺纹轴向截面与径向截面的关系提供了可贵的感性材料。

三、波形螺纹径向截面和凸轮尺寸的计算

上述分析和试验告诉我们:如果变化仿形凸轮的形状，可以切出波形和各种不同轴向截面的螺纹。但为了切出合乎精度要求的波形螺纹，还需计算出该螺纹径向截面形状和尺寸。

如图7所示:设螺纹轴向截面方程为y=f(x)

(A)B)式即是螺纹的径向截面方程式，根据(A)B)式，我们按K96铲床计算出了理想凸轮的尺寸(见表1)。

四、偏心凸轮的尺寸计算

理想凸轮尺寸计算后，如果按计算出来的各点座标尺寸去制造，将遇到许多困难。为了简化加工，我们在对理想凸轮作图时，发现它很近似一个偏心凸轮。于是，我们对偏心圆凸轮进行了尺寸计算。

按(C)式计算了偏心凸轮尺寸(见表2)。

从1表、表2不难看出，各对应ρ、ρ'是近似相等的，其最大误差为0.058毫米，而图纸要求公差外螺纹是0.2毫米，内螺纹是0.3毫米。所以，用偏心凸轮代替理想凸轮是完全可行的。

五、新的波形螺纹成形方法

计算结果告诉我们:我厂加工的波形螺纹的径向截面是一个偏心圆(理论截形与偏心圆差值很少，可忽略不计)，且偏心值是一个常数e=0.625毫米。这是一个重要的发现。因为，在K96铲床上，根据角位移成形原理虽可以加工出波形螺纹来，但是，这种铲床运动链十分复杂，径向仿形机构很难适应高速切削的要求，生产效率低，没有实用价值，而偏心圆的发现却为我们克服上述缺点，寻求新的加工途径提供了重要的线索。

现在，我们来分析一下如图9的计算结果。

如果在一个螺距内，切出若于个径向截面，其径向截面均是一个直径为d的圆。这些圆的圆心运动轨迹是以螺纹的中心为圆心，以偏心距e为半径的圆周。如果我们使工件缓慢转动，让图9上的某个径向截面仅有相应的轴向移动时，该截面正好与波形螺纹各径向截面完全重合。根据这一分析，我们把该截面中心O作为刀具旋转中心，(用刀具的高速旋转来实现主切削运动)通过挂轮，使工件转一转时，让旋转着的刀具轴向移动一个螺距，刀具中心与工件中心偏移一个偏心距e，新设计如图10所示的波形螺纹加工的传动系统。

在一台C618-1(旧1617)机床上，卸下小刀架，增设了如图11所示波形螺纹加工专用装置后，就成功地实现了我们所要求的切削运动。

1.操作方法

把工件夹持在卡盘上，挂上挂轮，使工件旋转一转时，拖板移动一个螺距S。调整车刀位置，使刀尖旋转直径等于波形螺纹中径30.75毫米，并紧固刀头。转动纵向手柄，将尖刀引至螺纹预切的偏心退刀槽处，摇动横向手柄使刀具旋转中心与工件中心偏移0.625毫米，转动手把7，通过螺母6、螺杆5、压板3，使压块4与溜板箱夹紧，使之在切削过程中保证偏移量e不变。合上机床开合螺母，启动机床和铣头的电机，开始切削。切削是由螺纹根部向端部进行的，即从机床头部向尾部切削，当刀具离开工件时，波形螺纹亦随之成形。如果保证走刀方向不变，其它条件不变时改变主轴旋转方向，则可以得到左、右旋螺纹在波形螺纹加工专用装置的主轴莫氏5号锥孔内，插上抗震性较好的刀杆，同样的方法也可切出内波形螺纹。