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■ ■中车南京浦镇车辆有限公司 （江苏 230031） 李立华  摘要：针对传统螺纹加工方式无法满足高速动车组构架加工需求的问题，分析螺纹孔加工难点，采用螺纹铣削技术，选用合适的螺纹铣刀及加工方式，加工出满足技术要求的牵引拉杆座螺纹孔。 转向架是轨道客运车辆下体重要的走行部件，构架作为转向架的主体，通过加工部位装配各零部件将其联接成一个整体。构架整体加工精密而复杂，涉及钻、铣、镗、铰、攻等多种加工方式，加工方式的选择直接决定构架加工质量，从而影响转向架使用性能。螺纹孔作为构架质量安全控制“八防”中的一防（防松），其加工质量显得尤为重要。传统螺纹加工方法已无法满足高速列车转向架构架装配使用需要，探索新的工艺方法、改进螺纹孔加工质量势在必行。 1. 构架螺纹孔加工现状目前公司各型构架螺纹孔均采用传统攻螺纹加工，预先钻出螺纹孔底孔，利用螺纹丝锥以机动或手动方式通过连续切削加工出内螺纹。由于攻螺纹是在孔的内部进行加工，切屑易堵塞，从而造成丝锥崩刃和折损，攻螺纹时螺纹部的接触面积很大，润滑不足易引起丝锥熔结和磨损，最终导致螺纹质量出现问题，无法满足装配使用要求。 螺纹孔加工质量直接影响构架零部件的装配，从而影响转向架使用性能。针对螺纹孔出现的尺寸超差、部分螺纹损坏及烂牙等质量问题，分别可以采取扭力试验、镶嵌钢丝螺套以及扩孔焊补再加工等方式进行处理。不论采取何种处理措施，均会耗费一定的人力、物力，并在一定程度上影响螺纹孔的耐用性及与螺纹副的联接质量。传统的攻螺纹加工虽初始成本低，但生产效率低、成品率不高，从长效来看，整体经济性欠佳。追求高效、灵活的螺纹加工方式是保证产品质量、提高生产效率的有效途径。 2. 牵引拉杆座M36螺纹孔加工难点时速200km/h动车组构架牵引拉杆座如图1所示，通过牵引拉杆座M36螺纹孔将转向架与车体联接起来。牵引拉杆座作为转向架上的主要受力部件，其结构、强度直接对列车运行安全性产生影响，因此该处螺纹孔出现质量问题无法采用镶嵌钢丝螺套或更换新件的方式进行修复，只能采取扩孔焊补再加工的方法进行处理，修复工艺复杂，成本高、代价大。  图1 200km/h动车组构架牵引拉杆座 采用传统机攻或手攻加工牵引拉杆座M36螺纹孔存在以下问题： （1）螺纹孔直径较大，加工中切削力也相应较大，无论采用刚性攻螺纹或柔性攻螺纹，在机床转速调整过程中切削力均变化较大，扭矩过大很容易导致丝锥折断。 （2）螺纹孔为盲孔，丝锥很难在盲孔底部加工出全螺纹，且攻螺纹过程中孔底切屑不易排出，很容易造成丝锥挤压切屑。受加工空间限制，只能使用尺寸规格较小的窄铣头进行加工，窄铣头不带有内冷，外冷切削液的压力及流量不足均会影响冷却润滑效果，致使丝锥熔结和磨损。 （3）螺纹孔手动攻螺纹对操作者操作技能要求较高，螺纹孔径大，手攻操作吃力，耗时长，加工效率低，螺纹孔质量难于保证。 在加工构架小直径内螺纹时，采用丝锥攻螺纹的方法可以保证一定的加工效率及成品率，但由于牵引拉杆座M36螺纹孔直径较大且为盲孔，采用机攻或手攻方式很难保证螺纹加工质量。 3. 螺纹铣削工艺分析螺纹铣削（见图2）技术是利用数控机床三轴联动功能，实现螺旋插补铣削，由机床控制刀具实现螺旋运动。螺纹铣削时圆周运动产生螺纹直径，同时垂直方向的移动产生螺距。根据螺纹铣刀旋转方向和沿轴向运动方向的不同，加工出左旋内螺纹、右旋内螺纹、左旋外螺纹和右旋外螺纹。螺纹铣刀不受螺距和螺纹规格的影响，加工中可以采用高速切削和快速进给，保证加工质量的同时大幅提高加工效率。 螺纹铣削可以不受螺纹结构、螺纹旋向及空间结构限制进行加工。图3所示牵引拉杆座M36螺纹孔要求有效螺纹深度为45mm，由于是盲孔加工，采用丝锥加工孔底部很难获得完整螺纹，螺纹深度难于保证。当丝锥到达螺纹孔底部时，主轴停止并开始反转，在此期间丝锥仍要向前移动一段距离，导致丝锥有折断在孔内的风险。采用螺纹铣削可以很好地解决这一问题。由于螺纹铣刀尖端具有完整螺纹形状，加工至孔底部仍可形成完整螺纹，相较丝锥螺纹铣刀可以准确控制刀具停止点，精确地保证螺纹孔深度。采用丝锥攻螺纹加工螺纹孔，切削速度低，加工完成后需进行反转退刀，严重制约了加工效率。加工大直径螺纹孔，由于切削力过大，排屑不畅极易导致丝锥断裂在孔内，想获得理想的表面粗糙度及螺纹精度较困难。螺纹铣削则因刀具是逐步切入工件材料，切削力较小，不容易断刀，且刀具有足够的排屑空间，即使在切削液不是很充足的情况下，细碎的切屑依然能够被轻松地冲出而不会划伤已加工表面，因此能够获得良好的表面粗糙度。就刀具寿命而言，螺纹铣刀相较丝锥也有很大的提升。综合分析在现有加工条件下，铣削加工牵引拉杆座M36螺纹孔可以更好地保证产品质量。  图2 螺纹铣削 4. 螺纹铣削刀具及加工方式的确定常用螺纹铣刀可分为圆柱螺纹铣刀、机夹式螺纹铣刀和螺纹切头。各型螺纹铣削刀具具有以下特点： （1）圆柱螺纹铣刀一般可以分为粗牙螺纹和细牙螺纹两种，刀具自身无螺旋升程，依靠机床运动实现螺纹加工，既可加工左旋螺纹，又可加工右旋螺纹。刀具材质为硬质合金或带有各种涂层，具有切削平稳、寿命高等特点，在钢件、铸铁、有色金属及小直径螺纹铣削中应用广泛，不适于加工大螺距螺纹。  图3 牵引拉杆座加工示意图 （2）机夹式螺纹铣刀与普通机夹式铣刀结构类似，由刀杆和刀片组合而成，刀片便于更换，刀杆可重复使用。机夹式螺纹铣刀相较整体螺纹铣刀抗冲击能力差，但刀具制造成本低，适宜加工M20以上大直径螺纹，能够大幅降低加工成本。在选择机夹式螺纹铣刀时，应综合考虑加工螺纹直径、螺纹有效深度及工件材料等因素。 （3）螺纹切头可分为圆梳刀外螺纹切头和径向平梳刀内螺纹切头。切削过程中可通过手动或自动使梳刀径向开合。螺纹切头加工精度高、生产效率高且刀具寿命长，但其结构复杂、制造成本高，适合大直径螺纹加工，选用螺纹切头应考虑整体加工经济性。 选择螺纹铣刀除考虑刀具类型、刀具齿数、刀具几何角度和刀具长度等因素外，还应考虑刀具直径。铣削内螺纹过程中，随着铣刀直径的增加，刀具与工件的接触弧明显变长，随之显著增加的还有螺纹齿槽扩大量，因此选择合适的螺纹铣刀直径，才能保证获得精确的螺纹牙型和精度。在加工深孔螺纹时，应尽可能选用大直径螺纹铣刀，提高刀具刚性的同时缩短螺旋插补走刀路径，提高加工效率，获得更好的加工表面粗糙度及更长的刀具使用寿命。 螺纹铣削方式分为顺铣和逆铣两种，螺纹铣刀旋转方向与工件进给方向相同为顺铣，螺纹铣刀旋转方向与工件进给方向相反为逆铣。顺铣时切削力是压向工件的，切削平稳可以获得良好的表面加工质量，同时可减小刀具磨损、更有利于排屑、减少加工表面硬化，同等切削条件下，顺铣加工刀具寿命比逆铣可提高3倍。逆铣切削力有上抬工件的风险，因此需要较大的夹紧力，切削过程中由于产生热量较多，刀具寿命明显下降，因此在螺纹铣削过程中应尽可能采用顺铣加工。 M36螺纹孔加工切削用量表  进给量/（mm·min-1）加工部位 切削深度/mm走刀次数转速/（r·min-1）切削速度/（m·min-1） 使用刀具钻牵引拉杆座底孔 15.75 1 100 600 59.38 φ31.5 mmU钻精镗牵引拉杆座底孔 0.25 1 100 800 80.43 φ32mm精镗刀铣牵引拉杆座M36螺纹孔 2 1 13.33 800 80.43 M36螺纹铣刀 通过以上分析兼考虑加工的经济性，牵引拉杆座M36螺纹孔加工采用机夹式螺纹铣刀（见图4），刀柄型号为BT50BWN32105M，刀杆型号为TM4SC 32W31-95-2U，刀片型号为2UIDC60TMVBX，选用的螺纹铣刀具有4个三角形可转位刀片，多齿刀片使螺纹刀具在螺纹插补铣削加工中容屑、排屑能力提升，有效避免刀具发生断裂，确保螺纹加工不间断。为获得更高的表面质量，螺纹铣削采用顺铣加工。 5. 工艺试验及取得的效果2个M36×4mm螺纹孔，螺纹孔底孔深度55mm，螺纹有效深度45mm。拉杆座已加工面理论上距筋板厚度为65mm，由于划线工序会出现尺寸找借等情况，实际拉杆座端面加工余量会有偏差，若螺纹孔底孔采用钻头加工，当拉杆座端面加工量偏大时，钻尖深度很有可能会伤及拉杆座筋板，因此决定采用U钻进行螺纹孔底孔加工。U钻加工效率高于普通钻头，加工前不需要打中心引导孔，加工后孔底平坦，在钻孔加工冷却润滑不充分的情况下，仍可获得较好的表面质量，且U钻前端具有可更换的刀片，磨损后直接更换刀片即可，降低了刀具使用成本。由于现场只有尺寸规格为φ31.5mm的U钻，因此另需增加一把φ32mm精镗刀，加工M36螺纹底孔至φ32mm尺寸。最后采用M36螺纹铣刀走刀一次加工出M36内螺纹，各刀具加工切削用量如附表所示。 采用M36螺纹铣刀加工牵引拉杆座螺纹孔取得了良好的效果（见图5），螺纹孔尺寸经M36-6H螺纹止通规检测，满足技术要求，且螺纹孔表面质量较高。经过现场工艺试验，验证了螺纹铣削技术在构架加工中应用的可行性和先进性，目前该技术已在公司多个项目构架加工中得到使用和推广。 时速200km/h动车组转向架构架有两个牵引拉杆座，拉杆座材质为Q345C，每个拉杆座有  图4 M36螺纹孔加工用机夹式螺纹铣刀  图5 螺纹铣削加工后M36螺纹孔 6. 结语螺纹铣削技术具有加工质量高、效率高、刀具通用性好及安全性能好等诸多优点。螺纹铣削相较传统机床攻螺纹加工，切削力大幅降低，在加工大直径螺纹时尤为明显，解决了由于机床负荷过大、无法驱动丝锥而停止加工的问题。丝锥磨损后重新修磨成本过高只能采取报废处理，而螺纹铣刀磨损后，只需进行必要的刀具半径补偿和程序修改便可继续使用，加工出满足工艺要求的螺纹，大大延长了刀具的使用寿命，降低了加工成本。随着轨道交通行业的快速发展，螺纹铣削技术由于其优质、高效和低成本的工艺特点，将在构架加工中得到越来越广泛的应用。 参考文献： [1] 张涛. 数控铣削加工螺纹的方法探讨[J]. 金属加工（冷加工），2008（11）：67-68. （收稿日期：20170503） |
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