本發(fā)明公開了一種螺旋槽絲錐及其加工方法，其螺旋槽絲錐包括前部切削部分上開有多個(gè)均勻分布螺旋槽的絲錐錐體，且螺旋槽的槽形為由四段相切圓弧首尾依次連接組成的“S”字形光滑曲線槽，四段相切圓弧分別為切削圓弧、卷屑圓弧、容屑圓弧和刃背圓弧。其加工方法包括以下步驟：一、加工前準(zhǔn)備工作；二、采用專用刀具加工螺旋槽：先采用計(jì)算機(jī)擬合出刀具的刃形；再根據(jù)擬合出的刀具刃形制造刀具加工螺旋槽；三、采用機(jī)械加工工藝進(jìn)行后續(xù)處理，獲得絲錐錐體的成品。本發(fā)明所加工的螺旋槽絲錐結(jié)構(gòu)簡單、可一次加工成形且其加工方法能適合不同加工材料，特別是鋁合金等輕合金的絲錐槽形的加工。

1.一種螺旋槽絲錐，包括由工作部分和柄部組成的圓柱形絲錐錐體
(1)，所述工作部分分為前部切削部分和后部校準(zhǔn)部分，所述前部切削
部分上開有多個(gè)均勻分布的螺旋槽，其特征在于：所述螺旋槽的槽形為由
四段相切圓弧首尾依次連接組成的“S”字形光滑曲線槽，所述四段相切
圓弧分別為切削圓弧、與切削圓弧相接且與切削圓弧相切的卷屑圓弧、與
卷屑圓弧相接且與卷屑圓弧相切的容屑圓弧和與容屑圓弧相接且與容屑
圓弧相切的刃背圓弧，所述切削圓弧、卷屑圓弧和容屑圓弧連接組成的一
凹弧，所述刃背圓弧為一凸弧；所述卷屑圓弧和與所述卷屑圓弧相切的容
屑圓弧均與絲錐錐體(1)的芯部外圓相切，且二者與所述芯部外圓的切
點(diǎn)為二者的連接點(diǎn)；所述切削圓弧的起始角即切削圓弧在其起始點(diǎn)M處的
切線方向與平面直角坐標(biāo)系中X軸正方向的夾角為90°，切削圓弧的起始
點(diǎn)M偏離平面直角坐標(biāo)系中X軸的垂直距離即偏移量e所對(duì)應(yīng)絲錐錐體(1)
外圓的圓心角為絲錐前角γ；所述刃背圓弧的偏移角即刃背圓弧在其終止
點(diǎn)N處的切線方向與絲錐錐體(1)外圓在點(diǎn)N處切線方向間的夾角為絲
錐刃背后角θ；所述切削圓弧的半徑卷屑圓弧的半徑容屑圓
弧的半徑絲錐前角其中D為絲錐錐體(1)的外徑，
d為絲錐錐體(1)的芯徑，B為絲錐刃背寬度，Z為絲錐螺旋槽數(shù)。
2.一種加工如權(quán)利要求1所述螺旋槽絲錐的方法，其特征在于該方法
包括以下步驟：
步驟一、加工前準(zhǔn)備工作，主要包括以下幾步：
101、鋸料并制作毛坯，根據(jù)需加工絲錐錐體(1)的外徑D及長度制
作毛坯；
102、調(diào)質(zhì)處理：對(duì)所制作的毛坯進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理并將所述毛坯的硬度
處理為HRC40～45；
103、對(duì)經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后的毛坯進(jìn)行初步機(jī)加工：采用車床對(duì)所述毛坯
的兩端面和外圓進(jìn)行加工，且在毛坯的兩端面由外至內(nèi)各打一中心孔，便
獲得初步加工件；
步驟二、采用由計(jì)算機(jī)擬合刃形的刀具在所述初步加工件上加工螺旋
槽，其加工過程如下：
201、采用計(jì)算機(jī)擬合出所用刀具的刃形：先根據(jù)需加工螺旋槽的槽
形，通過計(jì)算機(jī)計(jì)算分析所用刀具回轉(zhuǎn)面和需加工螺旋槽螺旋面相接觸的
多個(gè)離散的接觸點(diǎn)坐標(biāo)；再根據(jù)計(jì)算得出的多個(gè)接觸點(diǎn)坐標(biāo)，通過計(jì)算機(jī)
相應(yīng)擬合出所用刀具的刃形；
202、所述計(jì)算機(jī)根據(jù)擬合出的刀具刃形，控制刀具在所述初步加工
件上加工螺旋槽；
步驟二中所述螺旋槽加工前后，根據(jù)需加工絲錐錐體(1)所用材料
的材質(zhì)和具體需要且按照現(xiàn)有熱處理工藝對(duì)螺旋槽加工前或加工后的初
步加工件進(jìn)行熱處理，使得加工完成絲錐錐體(1)的刃部硬度不低于
HRC63，柄部硬度不高于HRC50；經(jīng)熱處理和螺旋槽加工處理后，便獲得絲
錐錐體(1)的初步產(chǎn)品；
步驟三、采用機(jī)械加工工藝對(duì)步驟二中所獲得絲錐錐體(1)的初步
產(chǎn)品進(jìn)行后續(xù)處理，獲得絲錐錐體(1)的成品。
3.按照權(quán)利要求2所述的一種螺旋槽絲錐的加工方法，其特征在于：
步驟201中所述的采用計(jì)算機(jī)擬合所用刀具的刃形時(shí)，其擬合過程包括以
下步驟：
(a)求解需加工螺旋槽的端面截形方程f₁(x)：
首先，以需加工絲錐錐體(1)的外圓圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)建立平面直角
坐標(biāo)系，并根據(jù)絲錐錐體(1)的外徑D、芯徑d、絲錐刃背寬度B和絲錐
螺旋槽數(shù)Z，相應(yīng)計(jì)算出所述切削圓弧的半徑ρ和其圓心坐標(biāo)(j，k)、卷
屑圓弧的半徑r和其圓心坐標(biāo)(c，p)、容屑圓弧的半徑R和其圓心坐標(biāo)(a，b)
以及刃背圓弧的半徑I和其圓心坐標(biāo)(m，n)；且相應(yīng)計(jì)算出切削圓弧與卷
屑圓弧的切點(diǎn)坐標(biāo)(h，i)、卷屑圓弧與容屑圓弧的切點(diǎn)坐標(biāo)(f，g)、容屑圓
弧與刃背圓弧的切點(diǎn)坐標(biāo)(u，v)和刃背圓弧與絲錐錐體1外圓的切點(diǎn)坐標(biāo)
(s，t)；之后，根據(jù)所計(jì)算出的上述數(shù)值，求解出需加工螺旋槽的端面截
形方程為： f 1 ( x ) = - ρ 2 - ( x - j ) 2 + k h < x ≤ e - r 2 - ( x - c ) 2 + p f < x ≤ h - R 2 - ( x - a ) 2 + b u < x ≤ f q 2 - ( x - m ) 2 + n s ≤ x ≤ u - - - ( 1 ) ; ]]>
(b)為確保需加工螺旋槽的中點(diǎn)與所用刀具刃形的中點(diǎn)相對(duì)，采用坐
標(biāo)轉(zhuǎn)換公式 x y t = cos φ sin φ 0 - sin φ cos φ 0 0 0 1 x 1 y 1 t 1 ]]>(2)對(duì)式(1)進(jìn)行坐標(biāo)變換，獲得需
加工螺旋槽坐標(biāo)變換后的端面截形方程f(x)；式(2)中，(x₁，y₁)表示坐標(biāo)變
換前的坐標(biāo)點(diǎn)，(x，y)表示坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度φ后的坐標(biāo)點(diǎn)；角度φ為加工螺
旋槽時(shí)為將需加工螺旋槽的中點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)所用刀具的中點(diǎn)應(yīng)將需加工螺旋槽
繞中心軸線旋轉(zhuǎn)的角度，且角度并且需加工螺旋
槽順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)角度φ為負(fù)值，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)角度φ為正值；
(c)根據(jù)需加工螺旋槽坐標(biāo)變換后的端面截形方程f(x)和需加工螺旋
槽的導(dǎo)程T，計(jì)算需加工螺旋槽的螺旋面方程
式(3)中，為角度參數(shù)且其表示需加工絲錐錐體(1)的絲錐圓柱母線從
起始位置繞絲錐錐體(1)中心軸線轉(zhuǎn)過的角度，且需加工螺旋槽右旋轉(zhuǎn)
時(shí)值為正，需加工螺旋槽左旋轉(zhuǎn)時(shí)值為負(fù)；L為螺旋參數(shù)且其
表示需加工螺旋槽的端面曲線繞絲錐錐體(1)的中心軸線轉(zhuǎn)過單位角度
時(shí)沿絲錐錐體(1)的中心軸線移動(dòng)的距離；
(d)對(duì)公式(3)進(jìn)行矢量運(yùn)算，得到公式
(e)假設(shè)所用刀具中心軸線與需加工絲錐錐體(1)中心軸線間的最
短距離為A，需加工絲錐錐體(1)外圓柱的螺旋角為β，則所用刀具中心
軸線與需加工絲錐錐體(1)中心軸線間的夾角為90°-β；同時(shí)，根據(jù)兩
曲面相切接觸的條件，加工螺旋槽時(shí)，在刀具回轉(zhuǎn)面和需加工螺旋槽螺旋
面的接觸點(diǎn)處，二者的公法線矢量與相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度矢量垂直，根據(jù)此特性
且結(jié)合公式(3)和(4)，便得到所用刀具與需加工螺旋槽螺旋面的接觸條件
式，即接觸方程為zn_x±An_ycos(90°-β)+[A-x+Lcos(90°-β)]n_z＝0(5)；
(f)在需加工螺旋槽的截形上任取多個(gè)點(diǎn)，且將所取多個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)分
別代入公式(5)，即可求出與所述多個(gè)點(diǎn)的橫坐標(biāo)x_i對(duì)應(yīng)的多個(gè)值將
計(jì)算得出的一組多個(gè)分別代入公式(3)，便相應(yīng)得到需加工螺旋
槽螺旋面上與刀具相接觸的多個(gè)接觸點(diǎn)(x_i，y_i，z_i)，所述多個(gè)接觸點(diǎn)
(x_i，y_i，z_i)連接組成所用刀具與需加工螺旋槽螺旋面間的接觸跡線；
(g)采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式(6)將步驟
(f)中求出所述多個(gè)接觸點(diǎn)(x_i，y_i，z_i)的坐標(biāo)變換到所用刀具的坐標(biāo)系
中，可得到所用刀具上與需加工螺旋槽螺旋面相接觸的多個(gè)接觸點(diǎn)
(X_i，Y_i，Z_i)；將Z_i作為刀具的軸向坐標(biāo)點(diǎn)，且將作為刀具的徑
向坐標(biāo)點(diǎn)，則相應(yīng)得到刀具刃形上的多個(gè)離散點(diǎn)(R_i，Z_i)；
(h)根據(jù)所述多個(gè)離散點(diǎn)(R_i，Z_i)，并結(jié)合所用刀具的外徑，通過計(jì)
算機(jī)擬合出所用刀具的刃形。
4.按照權(quán)利要求2或3所述的一種螺旋槽絲錐的加工方法，其特征在
于：步驟二中所述的刀具為銑刀或砂輪。
5.按照權(quán)利要求3所述的一種螺旋槽絲錐的加工方法，其特征在于：
步驟(h)中所述的根據(jù)所述多個(gè)離散點(diǎn)(R_i，Z_i)，并結(jié)合所用刀具的外徑，
通過計(jì)算機(jī)擬合出所用刀具的刃形時(shí)，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)行擬合，且進(jìn)
行擬合時(shí)，將所述多個(gè)離散點(diǎn)的坐標(biāo)Z_i作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入?yún)?shù)且將R_i
作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出參數(shù)，以此建立一個(gè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；采用所建立
起的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行多次訓(xùn)練后便可模擬出刀具的刃形。
6.按照權(quán)利要求3所述的一種螺旋槽絲錐的加工方法，其特征在于：
步驟(h)中所述的根據(jù)所述多個(gè)離散點(diǎn)(R_i，Z_i)，并結(jié)合所用刀具的外徑，
通過計(jì)算機(jī)擬合出所用刀具的刃形時(shí)，采用數(shù)據(jù)建模方法進(jìn)行擬合，且進(jìn)
行擬合時(shí)，首先將所述多個(gè)離散點(diǎn)(R_i，Z_i)均繪制在一張坐標(biāo)紙上，之后根
據(jù)所述多個(gè)離散點(diǎn)(R_i，Z_i)的坐標(biāo)變化規(guī)律找出相近且擬合誤差小于目標(biāo)
誤差的函數(shù)進(jìn)行分段擬合，之后將分段擬合函數(shù)進(jìn)行聯(lián)立便可求得刀具的
刃形。
7.按照權(quán)利要求5所述的一種螺旋槽絲錐的加工方法，其特征在于：
所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為1×11×1的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。
8.按照權(quán)利要求2或3所述的一種螺旋槽絲錐的加工方法，其特征在
于：步驟三中所述的后續(xù)處理包括拋光、鏟磨螺紋、鏟磨切削錐和去毛刺。