客戶提供了一件錐管螺紋跳牙絲錐的樣品（見圖1），要求按此樣品來製造所需的絲錐。經測繪，並結合相關絲錐標準，繪製了1/8-27 NPT美製圓錐管螺紋跳牙絲錐的圖樣（見圖2）。該絲錐為複合絲錐，集鑽孔、攻螺紋為一體，可在一次進給中完成螺紋加工，因此加工效率高。但其缺點是切削力較大、製造工藝複雜；同時被加工工件材料為不鏽鋼1Cr18Ni9Ti，其組織特徵為奧氏體，加工條件比較惡劣，所以必須採用跳牙絲錐來減輕切削力。
圖 1
圖 2
眾所周知，不鏽鋼是一種優良的耐腐蝕材料，具有良好的塑性、韌性及強度等方面的優異性能，其在機器零件、製藥及化工設備等領域得到廣泛的應用。但是，正因為不鏽鋼在高溫下強度高、熱傳導率低，因此切削溫度高，極易形成積屑瘤，從而導致加工硬化，對刀具切削刃磨損影響很大，尤其是攻螺紋將會帶來很大困難。當使用普通螺紋絲錐加工不鏽鋼時，由於切削刃密，刀齒對工件會產生很大的擠壓變形，使摩擦力增大，且切屑容易粘刀，導致加工的螺紋表面質量降低。當攻螺紋速度提高到一定程度時，極易發生切屑阻塞、工件螺紋爛牙或絲錐與工件咬死的現象，從而造成絲錐崩牙或斷裂，甚至使零件報廢。採用跳牙絲錐則可以獲得很好的加工效果，該種絲錐基於增加牙齒的切削厚度，即沿著螺旋線方向錯開分佈，形成留一牙去一牙，在攻螺紋時，絲錐上刀齒交錯相間地參與切削工作，減少了刀具磨損，提高了刀具壽命。
根據目前的機加工設備情況，跳牙絲錐磨螺紋工序安排如下：
①在螺紋磨床Y7520W上，磨圓錐管螺紋1/8-27 NPT。
②在鏟齒車床C8955上，進行絲錐切削錐的鏟磨以及絲錐的去齒磨削，其去齒形式如圖3所示，即保持切削錐部螺紋不變，從切削錐部後的第二個完整牙開始，沿螺旋線方向間隔留一牙去一牙。
圖 3
1.鏟磨凸輪的設計及製造
跳牙絲錐的跳牙規律是沿刃瓣和螺旋線方向上，形成留一牙去一牙的分佈，要形成這種關係，必須使鏟磨凸輪轉一轉、絲錐轉兩轉的運動規律。為了使絲錐在第二轉開始時的牙齒去留和第一轉開始時的牙齒去留在這個刃瓣上形成交錯分佈，凸輪在下半轉開始的第一區角升或降，應與上半轉最後一個區角的升或降是相同的。
從圖3中可以看出，刃瓣Ⅰ與刃瓣Ⅳ即是對應的刃瓣，其去齒形式是相同的，這樣才能保證絲錐每個刃瓣都能被鏟磨去齒。該跳牙絲錐為四槽絲錐，因此凸輪升降區角為45°，對應於凸輪，絲錐的轉角是凸輪區角的2倍，即90°。凸輪在區角內有下降區和上升區（圓柱面工作區）兩部分，這兩部分角度的分配，關係到去齒磨削時鏟磨砂輪是否會碰傷相鄰刃瓣的問題。根據絲錐標準槽形可知，四槽絲錐刃瓣寬度m=0.3d，可得一刃瓣所佔絲錐的角度約為34°，對應到鏟磨凸輪上應減半，即圓柱工作面所佔角度為17°，考慮到絲錐槽形等分偏差等因素的影響，最終確定為18°。鏟磨凸輪零件如圖4所示，1/8-27 NPT螺紋的牙型高度h＝0.753mm，因此選定鏟量K=1.5mm。另外，砂輪的進刀和退刀必須在絲錐容屑槽區內完成，圖4中18°圓柱面兩側的60°斜線，即是砂輪的進刀區和退刀區。圖5所示是凸輪的工作示意圖，工作時凸輪為逆時針方向旋轉，在位置Ⅰ時磨去絲錐第二刃瓣上的牙齒；在位置Ⅱ時磨去絲錐第四刃瓣上的牙齒，在位置Ⅲ時磨去第二圈第一刃瓣上的牙齒（與刃瓣四的去齒形式相同）；在位置Ⅳ時磨去絲錐第二圈第三刃瓣上的牙齒，按此循環即可完成絲錐的去牙磨削。
圖 4
圖 5
Ⅰ.加工絲錐第二刃瓣上刀齒的凸輪工作區Ⅱ.加工絲錐第四刃瓣上刀齒的凸輪工作區. Ⅲ加工絲錐第二圈第一刃瓣上刀齒的凸輪工作區. Ⅳ加工絲錐第二圈第三刃瓣上刀齒的凸輪工作區
鏟磨凸輪材料選用軸承鋼GCr15，淬回火後硬度保持在60～62HRC，不宜過高，因其與鏟磨觸銷為摩擦傳動，如果硬度過高會造成觸銷過早磨損失效。鏟磨凸輪也可採用原車鏟量K＜1mm的凸輪進行改制，先由外圓磨磨圓凸輪外圓，然後在DK7732電火花線切割機床上找正，切出凸輪外形曲線，最後進行凸輪外形曲線的表面拋光處理，使其表面粗糙度值達到Ra=0.8μm。
2.鏟磨凸輪的使用
按鏟齒車床操作規程，將鏟磨凸輪裝在託板凸輪箱內並用螺釘緊固，裝好防護蓋板。由於1/8-27 NPT螺紋的螺距交換齒輪按說明書上的交換齒輪表無法查出，需要進行計算：按螺距交換齒輪調配公式P/12.7= （a/b）·（c/d），其中螺距P=25.4/27mm，計算後可得：（a/b）·（c/d）＝（22/99）×（40/120）。槽數交換齒輪要按凸輪轉一轉、絲錐轉兩轉的規律，即槽數為0.5，查槽數交換齒輪表可知槽數2的交換齒輪：（30/70）×（35/100），當轉換為槽數0.5時，應將床頭手柄3的位置由1﹕16換到1﹕4上。
另外，該絲錐的螺距較小，鏟磨砂輪可選用粒度W40、硬度等級為M的白剛玉砂輪，這樣可避免由於磨粒脫落過快而需要進行修整、導致磨削效率降低的情況。隨著絲錐批量的增加，又定製了專用的CBN砂輪（見圖6），這種砂輪在使用過程中不用修磨，大大提高了生產效率。
圖 6
3.結語
本文通過實例介紹的鏟磨凸輪設計也同樣應用於三槽、六槽等任意槽數的絲錐，其原理是一樣的，即保證鏟磨凸輪轉一轉、絲錐轉兩轉的這個規律。經過磨製的跳牙絲錐，不僅可使攻螺紋過程進行得更為平穩、提高被切螺紋的精度，而且能使絲錐的壽命提高一倍以上。該跳牙絲錐經用戶使用證明，效果很好，現已重複訂貨。
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