■ ■中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司 （江蘇 230031） 李立華

摘要：針對傳統(tǒng)螺紋加工方式無法滿足高速動車組構(gòu)架加工需求的問題，分析螺紋孔加工難點，采用螺紋銑削技術(shù)，選用合適的螺紋銑刀及加工方式，加工出滿足技術(shù)要求的牽引拉桿座螺紋孔。

轉(zhuǎn)向架是軌道客運(yùn)車輛下體重要的走行部件，構(gòu)架作為轉(zhuǎn)向架的主體，通過加工部位裝配各零部件將其聯(lián)接成一個整體。構(gòu)架整體加工精密而復(fù)雜，涉及鉆、銑、鏜、鉸、攻等多種加工方式，加工方式的選擇直接決定構(gòu)架加工質(zhì)量，從而影響轉(zhuǎn)向架使用性能。螺紋孔作為構(gòu)架質(zhì)量安全控制“八防”中的一防（防松），其加工質(zhì)量顯得尤為重要。傳統(tǒng)螺紋加工方法已無法滿足高速列車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架裝配使用需要，探索新的工藝方法、改進(jìn)螺紋孔加工質(zhì)量勢在必行。

1. 構(gòu)架螺紋孔加工現(xiàn)狀

目前公司各型構(gòu)架螺紋孔均采用傳統(tǒng)攻螺紋加工，預(yù)先鉆出螺紋孔底孔，利用螺紋絲錐以機(jī)動或手動方式通過連續(xù)切削加工出內(nèi)螺紋。由于攻螺紋是在孔的內(nèi)部進(jìn)行加工，切屑易堵塞，從而造成絲錐崩刃和折損，攻螺紋時螺紋部的接觸面積很大，潤滑不足易引起絲錐熔結(jié)和磨損，最終導(dǎo)致螺紋質(zhì)量出現(xiàn)問題，無法滿足裝配使用要求。

螺紋孔加工質(zhì)量直接影響構(gòu)架零部件的裝配，從而影響轉(zhuǎn)向架使用性能。針對螺紋孔出現(xiàn)的尺寸超差、部分螺紋損壞及爛牙等質(zhì)量問題，分別可以采取扭力試驗、鑲嵌鋼絲螺套以及擴(kuò)孔焊補(bǔ)再加工等方式進(jìn)行處理。不論采取何種處理措施，均會耗費(fèi)一定的人力、物力，并在一定程度上影響螺紋孔的耐用性及與螺紋副的聯(lián)接質(zhì)量。傳統(tǒng)的攻螺紋加工雖初始成本低，但生產(chǎn)效率低、成品率不高，從長效來看，整體經(jīng)濟(jì)性欠佳。追求高效、靈活的螺紋加工方式是保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率的有效途徑。

2. 牽引拉桿座M36螺紋孔加工難點

時速200km/h動車組構(gòu)架牽引拉桿座如圖1所示，通過牽引拉桿座M36螺紋孔將轉(zhuǎn)向架與車體聯(lián)接起來。牽引拉桿座作為轉(zhuǎn)向架上的主要受力部件，其結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度直接對列車運(yùn)行安全性產(chǎn)生影響，因此該處螺紋孔出現(xiàn)質(zhì)量問題無法采用鑲嵌鋼絲螺套或更換新件的方式進(jìn)行修復(fù)，只能采取擴(kuò)孔焊補(bǔ)再加工的方法進(jìn)行處理，修復(fù)工藝復(fù)雜，成本高、代價大。

圖1 200km/h動車組構(gòu)架牽引拉桿座

采用傳統(tǒng)機(jī)攻或手攻加工牽引拉桿座M36螺紋孔存在以下問題：

（1）螺紋孔直徑較大，加工中切削力也相應(yīng)較大，無論采用剛性攻螺紋或柔性攻螺紋，在機(jī)床轉(zhuǎn)速調(diào)整過程中切削力均變化較大，扭矩過大很容易導(dǎo)致絲錐折斷。

（2）螺紋孔為盲孔，絲錐很難在盲孔底部加工出全螺紋，且攻螺紋過程中孔底切屑不易排出，很容易造成絲錐擠壓切屑。受加工空間限制，只能使用尺寸規(guī)格較小的窄銑頭進(jìn)行加工，窄銑頭不帶有內(nèi)冷，外冷切削液的壓力及流量不足均會影響冷卻潤滑效果，致使絲錐熔結(jié)和磨損。

（3）螺紋孔手動攻螺紋對操作者操作技能要求較高，螺紋孔徑大，手攻操作吃力，耗時長，加工效率低，螺紋孔質(zhì)量難于保證。

在加工構(gòu)架小直徑內(nèi)螺紋時，采用絲錐攻螺紋的方法可以保證一定的加工效率及成品率，但由于牽引拉桿座M36螺紋孔直徑較大且為盲孔，采用機(jī)攻或手攻方式很難保證螺紋加工質(zhì)量。

3. 螺紋銑削工藝分析

螺紋銑削（見圖2）技術(shù)是利用數(shù)控機(jī)床三軸聯(lián)動功能，實現(xiàn)螺旋插補(bǔ)銑削，由機(jī)床控制刀具實現(xiàn)螺旋運(yùn)動。螺紋銑削時圓周運(yùn)動產(chǎn)生螺紋直徑，同時垂直方向的移動產(chǎn)生螺距。根據(jù)螺紋銑刀旋轉(zhuǎn)方向和沿軸向運(yùn)動方向的不同，加工出左旋內(nèi)螺紋、右旋內(nèi)螺紋、左旋外螺紋和右旋外螺紋。螺紋銑刀不受螺距和螺紋規(guī)格的影響，加工中可以采用高速切削和快速進(jìn)給，保證加工質(zhì)量的同時大幅提高加工效率。

螺紋銑削可以不受螺紋結(jié)構(gòu)、螺紋旋向及空間結(jié)構(gòu)限制進(jìn)行加工。圖3所示牽引拉桿座M36螺紋孔要求有效螺紋深度為45mm，由于是盲孔加工，采用絲錐加工孔底部很難獲得完整螺紋，螺紋深度難于保證。當(dāng)絲錐到達(dá)螺紋孔底部時，主軸停止并開始反轉(zhuǎn)，在此期間絲錐仍要向前移動一段距離，導(dǎo)致絲錐有折斷在孔內(nèi)的風(fēng)險。采用螺紋銑削可以很好地解決這一問題。由于螺紋銑刀尖端具有完整螺紋形狀，加工至孔底部仍可形成完整螺紋，相較絲錐螺紋銑刀可以準(zhǔn)確控制刀具停止點，精確地保證螺紋孔深度。采用絲錐攻螺紋加工螺紋孔，切削速度低，加工完成后需進(jìn)行反轉(zhuǎn)退刀，嚴(yán)重制約了加工效率。加工大直徑螺紋孔，由于切削力過大，排屑不暢極易導(dǎo)致絲錐斷裂在孔內(nèi)，想獲得理想的表面粗糙度及螺紋精度較困難。螺紋銑削則因刀具是逐步切入工件材料，切削力較小，不容易斷刀，且刀具有足夠的排屑空間，即使在切削液不是很充足的情況下，細(xì)碎的切屑依然能夠被輕松地沖出而不會劃傷已加工表面，因此能夠獲得良好的表面粗糙度。就刀具壽命而言，螺紋銑刀相較絲錐也有很大的提升。綜合分析在現(xiàn)有加工條件下，銑削加工牽引拉桿座M36螺紋孔可以更好地保證產(chǎn)品質(zhì)量。

圖2 螺紋銑削

4. 螺紋銑削刀具及加工方式的確定

常用螺紋銑刀可分為圓柱螺紋銑刀、機(jī)夾式螺紋銑刀和螺紋切頭。各型螺紋銑削刀具具有以下特點：

（1）圓柱螺紋銑刀一般可以分為粗牙螺紋和細(xì)牙螺紋兩種，刀具自身無螺旋升程，依靠機(jī)床運(yùn)動實現(xiàn)螺紋加工，既可加工左旋螺紋，又可加工右旋螺紋。刀具材質(zhì)為硬質(zhì)合金或帶有各種涂層，具有切削平穩(wěn)、壽命高等特點，在鋼件、鑄鐵、有色金屬及小直徑螺紋銑削中應(yīng)用廣泛，不適于加工大螺距螺紋。

圖3 牽引拉桿座加工示意圖

（2）機(jī)夾式螺紋銑刀與普通機(jī)夾式銑刀結(jié)構(gòu)類似，由刀桿和刀片組合而成，刀片便于更換，刀桿可重復(fù)使用。機(jī)夾式螺紋銑刀相較整體螺紋銑刀抗沖擊能力差，但刀具制造成本低，適宜加工M20以上大直徑螺紋，能夠大幅降低加工成本。在選擇機(jī)夾式螺紋銑刀時，應(yīng)綜合考慮加工螺紋直徑、螺紋有效深度及工件材料等因素。

（3）螺紋切頭可分為圓梳刀外螺紋切頭和徑向平梳刀內(nèi)螺紋切頭。切削過程中可通過手動或自動使梳刀徑向開合。螺紋切頭加工精度高、生產(chǎn)效率高且刀具壽命長，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高，適合大直徑螺紋加工，選用螺紋切頭應(yīng)考慮整體加工經(jīng)濟(jì)性。

選擇螺紋銑刀除考慮刀具類型、刀具齒數(shù)、刀具幾何角度和刀具長度等因素外，還應(yīng)考慮刀具直徑。銑削內(nèi)螺紋過程中，隨著銑刀直徑的增加，刀具與工件的接觸弧明顯變長，隨之顯著增加的還有螺紋齒槽擴(kuò)大量，因此選擇合適的螺紋銑刀直徑，才能保證獲得精確的螺紋牙型和精度。在加工深孔螺紋時，應(yīng)盡可能選用大直徑螺紋銑刀，提高刀具剛性的同時縮短螺旋插補(bǔ)走刀路徑，提高加工效率，獲得更好的加工表面粗糙度及更長的刀具使用壽命。

螺紋銑削方式分為順銑和逆銑兩種，螺紋銑刀旋轉(zhuǎn)方向與工件進(jìn)給方向相同為順銑，螺紋銑刀旋轉(zhuǎn)方向與工件進(jìn)給方向相反為逆銑。順銑時切削力是壓向工件的，切削平穩(wěn)可以獲得良好的表面加工質(zhì)量，同時可減小刀具磨損、更有利于排屑、減少加工表面硬化，同等切削條件下，順銑加工刀具壽命比逆銑可提高3倍。逆銑切削力有上抬工件的風(fēng)險，因此需要較大的夾緊力，切削過程中由于產(chǎn)生熱量較多，刀具壽命明顯下降，因此在螺紋銑削過程中應(yīng)盡可能采用順銑加工。

M36螺紋孔加工切削用量表

進(jìn)給量/（mm·min-1）加工部位 切削深度/mm走刀次數(shù)轉(zhuǎn)速/（r·min-1）切削速度/（m·min-1） 使用刀具鉆牽引拉桿座底孔 15.75 1 100 600 59.38 φ31.5 mmU鉆精鏜牽引拉桿座底孔 0.25 1 100 800 80.43 φ32mm精鏜刀銑牽引拉桿座M36螺紋孔 2 1 13.33 800 80.43 M36螺紋銑刀

通過以上分析兼考慮加工的經(jīng)濟(jì)性，牽引拉桿座M36螺紋孔加工采用機(jī)夾式螺紋銑刀（見圖4），刀柄型號為BT50BWN32105M，刀桿型號為TM4SC 32W31-95-2U，刀片型號為2UIDC60TMVBX，選用的螺紋銑刀具有4個三角形可轉(zhuǎn)位刀片，多齒刀片使螺紋刀具在螺紋插補(bǔ)銑削加工中容屑、排屑能力提升，有效避免刀具發(fā)生斷裂，確保螺紋加工不間斷。為獲得更高的表面質(zhì)量，螺紋銑削采用順銑加工。

5. 工藝試驗及取得的效果

2個M36×4mm螺紋孔，螺紋孔底孔深度55mm，螺紋有效深度45mm。拉桿座已加工面理論上距筋板厚度為65mm，由于劃線工序會出現(xiàn)尺寸找借等情況，實際拉桿座端面加工余量會有偏差，若螺紋孔底孔采用鉆頭加工，當(dāng)拉桿座端面加工量偏大時，鉆尖深度很有可能會傷及拉桿座筋板，因此決定采用U鉆進(jìn)行螺紋孔底孔加工。U鉆加工效率高于普通鉆頭，加工前不需要打中心引導(dǎo)孔，加工后孔底平坦，在鉆孔加工冷卻潤滑不充分的情況下，仍可獲得較好的表面質(zhì)量，且U鉆前端具有可更換的刀片，磨損后直接更換刀片即可，降低了刀具使用成本。由于現(xiàn)場只有尺寸規(guī)格為φ31.5mm的U鉆，因此另需增加一把φ32mm精鏜刀，加工M36螺紋底孔至φ32mm尺寸。最后采用M36螺紋銑刀走刀一次加工出M36內(nèi)螺紋，各刀具加工切削用量如附表所示。

采用M36螺紋銑刀加工牽引拉桿座螺紋孔取得了良好的效果（見圖5），螺紋孔尺寸經(jīng)M36-6H螺紋止通規(guī)檢測，滿足技術(shù)要求，且螺紋孔表面質(zhì)量較高。經(jīng)過現(xiàn)場工藝試驗，驗證了螺紋銑削技術(shù)在構(gòu)架加工中應(yīng)用的可行性和先進(jìn)性，目前該技術(shù)已在公司多個項目構(gòu)架加工中得到使用和推廣。

時速200km/h動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架有兩個牽引拉桿座，拉桿座材質(zhì)為Q345C，每個拉桿座有

圖4 M36螺紋孔加工用機(jī)夾式螺紋銑刀

圖5 螺紋銑削加工后M36螺紋孔

6. 結(jié)語

螺紋銑削技術(shù)具有加工質(zhì)量高、效率高、刀具通用性好及安全性能好等諸多優(yōu)點。螺紋銑削相較傳統(tǒng)機(jī)床攻螺紋加工，切削力大幅降低，在加工大直徑螺紋時尤為明顯，解決了由于機(jī)床負(fù)荷過大、無法驅(qū)動絲錐而停止加工的問題。絲錐磨損后重新修磨成本過高只能采取報廢處理，而螺紋銑刀磨損后，只需進(jìn)行必要的刀具半徑補(bǔ)償和程序修改便可繼續(xù)使用，加工出滿足工藝要求的螺紋，大大延長了刀具的使用壽命，降低了加工成本。隨著軌道交通行業(yè)的快速發(fā)展，螺紋銑削技術(shù)由于其優(yōu)質(zhì)、高效和低成本的工藝特點，將在構(gòu)架加工中得到越來越廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張濤. 數(shù)控銑削加工螺紋的方法探討[J]. 金屬加工（冷加工），2008（11）：67-68.

（收稿日期：20170503）