浅谈一种基于数控车床的螺纹滚压方法
2026-7-23 来源： 科达制造股份公司 佛山市恒力泰机械 作者：彭志军 吴海洋
摘 要：螺纹滚压的目的是利用滚压刀具对工件表面施加一定的压力，使工件表层金属产生塑性流动，填入到原始残留的低凹波谷中，而达到工件表面粗糙度降低。 由于被滚压的表层金属塑性变形，使表层组织冷硬化和晶粒变细，形成致密的纤维状，并形成残余应力层，硬度和强度提高，从而改善了工件的各种特性。 应用普通车床对螺纹进行滚压的方式比较常见，本文基于数控车床，对螺纹滚压提供了一种新的工艺解决方法。
关键词：螺纹滚压；螺纹角度；滚压刀具；数控车床
1、 前言
背景技术：使用数控卧车设备加工长轴类螺纹（如液压机拉杆）后，由于车刀不能满足螺纹底部加工要求或者加工精度的问题，在螺纹底部存在直角或粗糙度大，导致在受力时应力集中容易断裂，需要对螺纹底部进行滚压，被滚压的表层金属塑性变形。对螺纹底部进行滚压后，使螺纹底部为圆角，降低粗糙度，减少螺纹底部的应力，改善提高螺纹段的受力，提高零件的硬度和强度。目前对螺纹底部进行滚压加工时，多采用普通车床手工操作滚压，这种方式较简单，容易在加工过程进行调整，但是，人手操作容易误操作产生损坏，比较依赖人工经验，生产质量也难一致。虽然数控车床为自动化加工，只要开始加工后便可按照预设的加工程序进行加工，减少人工操作，生产质量较统一，但是，由于当数控车床执行加工程序后，不能中途停止，需要加工完才能停止，而且滚压加工不同于切削加工，这样对于螺纹滚压加工的要求比较高，若滚压方法不正确时，则损坏零件和刀具，甚至损坏数控车床，存在较大的风险。所以，目前行业内很少采用数控车床进行螺纹滚压，本领域技术人员希望有一种基于数控车床的螺纹滚压方法，能够实现自动滚压加工，降低加工风险。
2 、实现方案
为了更清楚地说明整个螺纹滚压方案的实现过程，下面利用附图做简单地介绍。
图 1 螺纹滚压方法的结构示意图
图 2 滚刀伸入螺槽内时的剖视结构示意图
图 3 螺纹滚压方法的另一角度的结构示意图
图 4 螺槽沿延伸方向的靠近端面一侧加工时的截面示意图
图 5 螺槽沿延伸方向的靠近退刀槽一侧加工时的截面示意图
附图中：1-工件、11-螺纹段、111-螺槽、12-退刀槽、13-过渡斜面、2-滚刀
3 、具体实现方式
在数控机床上加工前先把滚刀 2 和待滚压工件 1的螺纹段 11 对刀，使滚刀 2 在加工过程中能够精确地在螺槽 111 内移动。对刀步骤是先将滚刀 2 移动至螺纹段11 的一侧，设为加工时的刀具起始点的 Z 轴坐标；然后沿 Z 轴按照螺距的整数倍移动滚刀 2，在对刀过程中不再沿 Z 轴移动滚刀 2；接着，手动转动工件 1 和沿 X 轴移动滚刀 2，使螺槽 111 能正对滚刀 2，滚刀 2 进入螺槽111 内并与牙底接触，此时设置刀具起始点的 X 轴坐标，设置主轴当前的角度为加工起始角度，即改变了主轴原来加工工件的起始角度。
对刀方法通过把滚刀 2 从刀具起始点移动至螺距倍数的位置后不再沿 Z 轴移动，手动转动工件 1 和螺槽111 适应滚刀 2 的位置，转动工件 1 时螺槽 111 在 Z 轴上移动距离较短方便控制和调节，转动工件 1 相比于在Z 轴上移动滚刀 2 更精确和方便，减少滚刀 2 在螺槽 111中时沿 Z 轴移动过多而造成螺纹的损伤。
由于滚刀 2 从刀具起始点的移动距离为螺距的整数倍，当在该位置对好螺槽 111 后，在加工时滚刀 2 能进入到螺槽 111 内，对刀具起始点的位置要求较低，不需把刀具对准螺纹段 11 的端部，实现在数控机床上方便地使滚刀 2 与螺纹对刀，提高对刀精度，当实现精准对刀后，执行加工程序开始滚压加工，滚刀 2 能顺利地沿着螺纹滚压牙底，实现在数控机床上滚压加工螺纹，降低加工风险。
在一些具体实施例中，刀具起始点位于螺纹段 11 的退刀槽 12，退刀槽 12 的直径小于螺纹的牙底的直径，螺纹段 11 与退刀槽 12 之间存在过渡斜面 13，螺纹的末端在过渡斜面 13 上，如此形成了过渡斜面 13 到螺纹末端的牙底之间为斜面过渡，而且，在过渡斜面 13 上的螺纹部分的牙顶会随着过渡斜面 13 倾斜，即在过渡斜面 13的牙顶到牙底的深度逐渐变浅，在靠近退刀槽 12 的方向上螺槽 111 的截面大小会逐渐变小，参照图 3 和图 5。当滚刀 2 从退刀槽 12 的一侧靠近螺纹段 11 时，滚刀 2 先经过过渡斜面 13 逐渐靠近螺槽 111 的牙底，逐渐增加与牙底的接触和压力，而且，螺槽 111 的截面大小逐渐变大，滚刀 2 刚进入螺槽 111 时，螺槽 111 两侧的螺牙高度很小，滚刀 2 很容易便可进入螺槽 111 内，参照图 5，图 5表示螺槽 111 沿延伸方向的靠近退刀槽 12 一侧的截面示意图。如果从螺纹段 11 的切削加工的起始一侧开始滚压，该侧为端面时，参考图 4，图 4 表示螺槽 111 沿延伸方向的靠近端面一侧的截面示意图，牙底的高度可能偏高，滚刀 2 可能直接与牙底碰撞，刚接触时压力就很大，另外，螺纹段 11 在该侧的端部没有倒角或倒角很小，螺槽 111 两侧的螺牙高度比较高，滚刀 2 需要直接进入到两侧螺牙之间，滚刀 2 与螺槽 111 的位置需要非常的
精确才能进入，否则容易出现撞刀损伤螺纹和设备。本方案可减少或避免滚刀 2 在刚进入螺槽 111 时与牙底或螺牙直接碰撞，使加工更顺利，进一步降低在数控车床上滚压螺纹的风险。
在一些具体实施例中，滚刀 2 在沿 Z 轴移动的同时，沿 X 轴远离螺纹段 11 的方向倾斜移动。滚刀 2 过程中，连接滚刀 2 的轴承，以及主轴的轴承受到的压力较大而发热，长时间使用后可能烧坏轴承，或者主轴受力过大而出现过载报警停机，影响加工甚至造成设备故障。所以，设置滚刀 2 在加工过程中沿 X 轴远离螺纹段 11，即滚刀 2 在 Z 轴移动过程中向外倾斜，如图 1 形成角度α，逐渐减小滚压深度，最后远离牙底，这样滚刀 2 对螺纹段 11 的滚压加工为靠近退刀槽 12 的一段，并非整个螺纹段 11，参照图 1 中长度 M 为实际滚压的长度，可缩短加工时间，而且加工过程中滚压压力也整体上呈减少趋势，而由于工件 1 的螺纹段 11 与螺母配合受力时，螺母主要连接在螺纹段 11 靠近退刀槽 12 的一侧，即螺纹段 11 的主要受力位置在靠近退刀槽 12 的一段，所以只滚压靠近退刀槽 12 的一段不影响工件 1 的正常使用，从而减少滚刀 2 和主轴的承压时间和压力，进一步降低数控车床上滚压螺纹的风险。
在一些具体实施例中，滚刀 2 可分多次滚压至所需深度，减小每次滚压的压力，降低数控车床的负载。多次进给加工可以为：滚压第一刀至第四刀时，每次增加0.1mm，逐步使滚刀深入至需要的深度；当滚压第五刀以上，比如第五刀至第十刀时，不增加滚刀深度，滚刀按照第四刀的深度空走，修整整个螺纹的牙底在该深度。在一些具体实施例中，滚刀 2 包括滚压座和与滚压座转动连接的滚压轮，滚压轮与滚压座之间具有摆动间隙，以供滚压轮在滚压过程中适应螺槽 111 而摆动，减少因加工误差而造成对螺牙的损伤。由于滚压轮与滚压座之间具有摆动间隙，所以对数控车床开始加工后滚压轮进入螺槽 111 时的配合精度要求更高，通过此对刀方法，以及从退刀槽 12 的一侧为起始点减少进入时的位置精度要求，能使滚刀 2 更精度地进入到螺槽 111 内。
4、 结语
数控车床的应用已越来越普及，普通机床终将慢慢退出历史舞台，本文详述一种基于数控车床的螺纹滚压方法，解决现实应用中无适合的普通车床又需要用到螺纹滚压的应用场合；解决现有应用中采用普通机床手工操作时，容易误操作，生产质量难一致的问题；解决现有应用中采用数控车床加工风险较大的技术问题，最终提供了一种更高效且质量更有保障的螺纹滚压加工解决方案，推动机械加工工艺的进步。
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