1 引言

旋風(fēng)銑削螺紋是一種先進(jìn)的高效率加工方法，即在專用的螺紋銑床上安裝錐柄的梳形銑刀來高速加工短小而螺距較小的內(nèi)、外螺紋或錐形螺紋。梳形銑刀的結(jié)構(gòu)可看成是若干個(gè)盤形螺紋銑刀的組合，刀齒呈環(huán)形，無切削錐部，各刀齒負(fù)荷均勻(見圖1)，加工時(shí)梳形銑刀與工件軸線平行，工件只需旋轉(zhuǎn)一周，同時(shí)銑刀沿工件軸線移動(dòng)一個(gè)螺距，就可以銑削出全部螺紋。目前在藥筒螺紋的加工中得到了廣泛的應(yīng)用。藥筒螺紋一般為特種英制鋸齒形內(nèi)螺紋，起連接底火、密封底火室的作用，它的加工精度、加工質(zhì)量將直接決定著底火室的裝配質(zhì)量。一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，就會(huì)在藥筒使用時(shí)所產(chǎn)生的高溫高壓下發(fā)生底火室漏煙和底火脫落的嚴(yán)重后果。因此，旋風(fēng)銑削藥筒螺紋所用的梳形銑刀的設(shè)計(jì)加工就顯得十分重要，尤其是梳形銑刀的外徑和齒頂高的設(shè)計(jì)。為此，我們做了一些研究探討，并將研究結(jié)果通過生產(chǎn)實(shí)踐得到了驗(yàn)證。

旋風(fēng)銑削藥筒螺紋時(shí)，梳形銑刀的軸線與藥筒的軸線平行，其環(huán)形齒與自身軸線相垂直，因而切削刃旋轉(zhuǎn)形成的回轉(zhuǎn)面與藥筒螺紋的螺旋線形成一個(gè)和螺旋升角相等的角度。在橫剖面內(nèi)，梳形銑刀剖面形狀始終為圓，而藥筒螺紋剖面的形狀則是以軸線為極點(diǎn)的阿基米德螺旋線(見圖2)。這樣刀齒截面輪廓線與螺紋截面輪廓線的交點(diǎn)并不在梳銑刀和螺紋的連心線上，而偏向一邊(如圖2中的a、b、c點(diǎn)所示)，且隨剖面的不同其位置也在變化。由于這些交點(diǎn)在梳形銑刀的刃口上，因此由各個(gè)剖面內(nèi)的這些交點(diǎn)所形成的刃口不是直線而是曲線;但實(shí)際中為了便于制造，常把刃口作成直線，這樣銑出的螺紋總會(huì)有一定的畸變，這種誤差對(duì)于藥筒螺紋來說是允許的，可忽略不計(jì)。

1. 藥筒螺紋是特殊牙型的內(nèi)螺紋，因此梳形銑刀的外徑除與藥筒螺紋外徑和螺距有關(guān)外，還與螺紋牙型和允許的畸變值有著密切的關(guān)系。若取得過大，易碰傷藥筒，損傷機(jī)床精度;若取得過小，又易引起刀具徑向波動(dòng)，使得加工的螺紋表面出現(xiàn)魚鱗狀波紋，甚至在螺紋接頭處出現(xiàn)凹凸不平的條帶，因此，合理確定梳形銑刀的外徑就顯得十分重要。梳形銑刀的外徑設(shè)計(jì)因歷史原因一直沿用前蘇聯(lián)刀具專家謝明欽科、T·A·阿列克席也夫的有關(guān)著作及所提供的技術(shù)資料，T·A·阿列克席也夫認(rèn)為：用于銑削內(nèi)螺紋的梳形銑刀其外徑D不能大于被加工螺紋內(nèi)徑d的0.9倍；謝明欽科認(rèn)為：梳形銑刀的外徑D應(yīng)是被加工螺紋內(nèi)徑d的0.85～0.95倍;而有的技術(shù)資料則經(jīng)驗(yàn)地將梳形銑刀的外徑D取為被加工螺紋內(nèi)徑d的0.643～0.65倍。這些取值在設(shè)計(jì)應(yīng)用中均出現(xiàn)了程度不同的質(zhì)量問題，我們?cè)诶碚撗芯亢驮O(shè)計(jì)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，經(jīng)過大量的生產(chǎn)實(shí)踐，提出了用于藥筒螺紋加工的梳形銑刀外徑的計(jì)算公式: D=(0.7～0.8)d-D式中:D——梳銑刀鏟磨時(shí)的直徑公差，通常取D=0.2～0.6mm

該公式較好地解決了梳形銑刀外徑的設(shè)計(jì)問題，能滿足藥筒螺紋加工的質(zhì)量要求。

(a)磨損量的影響	(b)梳銑刀廓形的影響
圖3 磨損量及梳銑刀廓形對(duì)齒項(xiàng)高的影響

1. 梳形銑刀齒頂高H_d的確定應(yīng)充分考慮其允許的磨損量d_hd的影響(見圖3)。目的是保證梳形銑刀后刀面磨損后加工螺紋時(shí)仍有必要的高度，因此梳形銑刀的齒形高度在設(shè)計(jì)時(shí)就必須比螺紋高度大一個(gè)允許的磨損量d_hd。我們通過大量的設(shè)計(jì)加工實(shí)踐得出其與被加工螺紋的螺距s之間的關(guān)系是:d_hd=0.03S^0.75mm較為合適;梳形銑刀的制造公差為d_hd=0.0163S^1/3較合適，這樣齒頂高dd就可按下式計(jì)算：H_d=h_g+d_hd+Dh+d 式中:h_g——螺紋的齒根高;Dh——梳銑刀允許的位移量： Dh=(b-b')/[2tg(e/2)]式中b——螺紋齒底槽寬;e——螺紋槽形角;b'——梳銑刀齒頂寬b'=(0.75～0.8)b

圖4 梳銑刀的前刀面齒形

3 梳形銑刀加工中的問題分析

1. 螺紋梳形銑刀若具有前角后，其刀齒在軸間截面內(nèi)的齒形和前刀面上的齒形即與工件法剖面內(nèi)的截形不同，與g=0°時(shí)相比，因畸變而產(chǎn)生一定的加工誤差，但此誤差不大，尤其在g< 5°時(shí)誤差值更小。因此，一般僅對(duì)加工鋼質(zhì)藥筒的梳形銑刀(g> 5°)軸剖面內(nèi)的齒形和前刀面上的齒形進(jìn)行修正計(jì)算或查表修正計(jì)算，也可用作圖法求出齒形。
   梳形銑刀前刀面的齒形修正按成形銑刀進(jìn)行修正以保證回轉(zhuǎn)面軸向齒形角不變，從圖4中的幾何關(guān)系可以看出：
   sinb₁=Rsing_p/(R-h₁₀)
   sinb₂=Rsing_p/[R-(h₁₀+h₂₀)]
   h_10g=[(R-h₁₀)sin(b₁-g_p)]/sing_p
   h_20g=[(R-(h₁₀+h₂₀)]sin(b₂-b₁)]/sinb₁
   則： tg(a_g/2)=tg(a/2)=(h₁₀+h₂₀)sing_p/{[R-(h₁₀+h₂₀]sin(b₂-g_p)}式中：R——梳銑刀半徑；g_p——梳銑刀頂刃前角
   a——螺紋牙型角；a_g——梳銑刀前刀面齒形角
   h₁₀，h₂₀——梳銑刀回轉(zhuǎn)面軸向齒形齒頂高和齒根高
   h_10g，h_20g——梳銑刀前刀面齒形齒頂高和齒根高
2. 旋風(fēng)銑削藥筒螺紋的梳形銑刀由于其一側(cè)齒形角很小，為達(dá)到側(cè)刃后角a₀的正常工作角度，而采用斜向鏟齒，這樣梳形銑刀齒形兩則和齒頂必須在一次調(diào)整中加工出來，來確保梳形銑刀重磨后齒形保持不變。
3. 直槽式梳形銑刀旋風(fēng)銑削螺紋時(shí)，切削不平穩(wěn)，振動(dòng)較大，致使銑制的螺紋表面帶有不平滑的波紋，尤其梳形銑刀切削長度L較大時(shí)，影響最為嚴(yán)重。為改善切削狀態(tài)，可改用螺旋槽式的結(jié)構(gòu)，螺旋角通常取5°～8°，但由于直槽式制造容易，刃磨和檢驗(yàn)方便，加之藥筒螺紋長度較短(l<20mm)，因此，我們認(rèn)為銑削藥筒螺紋的梳形銑刀采用直槽式能達(dá)到加工要求，且經(jīng)濟(jì)可行。

4 結(jié)語

本文對(duì)旋風(fēng)銑削藥筒螺紋梳形銑刀的外徑和齒頂高兩個(gè)重要設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了研究探討，提出了計(jì)算公式和經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，并對(duì)其加工中所涉及的主要問題進(jìn)行了分析。我們將這些研究成果均用于了梳形銑刀的設(shè)計(jì)和制造。從藥筒螺紋(黃銅藥筒螺紋直徑d=13～30mm；鋼質(zhì)藥筒螺紋直徑d=13～32mm)的加工生產(chǎn)實(shí)踐表明：刀具設(shè)計(jì)參數(shù)正確能滿足加工質(zhì)量要求，可以在生產(chǎn)實(shí)際中使用。