本發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、加工前準備工作；二、采用專用刀具加工螺旋槽：先采用計算機擬合出刀具的刃形；再根據擬合出的刀具刃形制造刀具加工螺旋槽；三、采用機械加工工藝進行后續處理，獲得絲錐錐體的成品。本發明所加工的螺旋槽絲錐結構簡單、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部分，所述前部切削
部分上開有多個均勻分布的螺旋槽，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??；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
點為二者的連接點；所述切削圓弧的起始角即切削圓弧在其起始點M處的
切線方向與平面直角坐標系中X軸正方向的夾角為90°，切削圓弧的起始
點M偏離平面直角坐標系中X軸的垂直距離即偏移量e所對應絲錐錐體(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N處的切線方向與絲錐錐體(1)外圓在點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。
2.一種加工如權利要求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、加工前準備工作，主要包括以下幾步：
101、鋸料并制作毛坯，根據需加工絲錐錐體(1)的外徑D及長度制
作毛坯；
102、調質處理：對所制作的毛坯進行調質處理并將所述毛坯的硬度
處理為HRC40～45；
103、對經調質處理后的毛坯進行初步機加工：采用車床對所述毛坯
的兩端面和外圓進行加工，且在毛坯的兩端面由外至內各打一中心孔，便
獲得初步加工件；
步驟二、采用由計算機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、采用計算機擬合出所用刀具的刃形：先根據需加工螺旋槽的槽
形，通過計算機計算分析所用刀具回轉面和需加工螺旋槽螺旋面相接觸的
多個離散的接觸點坐標；再根據計算得出的多個接觸點坐標，通過計算機
相應擬合出所用刀具的刃形；
202、所述計算機根據擬合出的刀具刃形，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，根據需加工絲錐錐體(1)所用材料
的材質和具體需要且按照現有熱處理工藝對螺旋槽加工前或加工后的初
步加工件進行熱處理，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；經熱處理和螺旋槽加工處理后，便獲得絲
錐錐體(1)的初步產品；
步驟三、采用機械加工工藝對步驟二中所獲得絲錐錐體(1)的初步
產品進行后續處理，獲得絲錐錐體(1)的成品。
3.按照權利要求2所述的一種螺旋槽絲錐的加工方法，其特征在于：
步驟201中所述的采用計算機擬合所用刀具的刃形時，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)的外圓圓心為坐標原點建立平面直角
坐標系，并根據絲錐錐體(1)的外徑D、芯徑d、絲錐刃背寬度B和絲錐
螺旋槽數Z，相應計算出所述切削圓弧的半徑ρ和其圓心坐標(j，k)、卷
屑圓弧的半徑r和其圓心坐標(c，p)、容屑圓弧的半徑R和其圓心坐標(a，b)
以及刃背圓弧的半徑I和其圓心坐標(m，n)；且相應計算出切削圓弧與卷
屑圓弧的切點坐標(h，i)、卷屑圓弧與容屑圓弧的切點坐標(f，g)、容屑圓
弧與刃背圓弧的切點坐標(u，v)和刃背圓弧與絲錐錐體1外圓的切點坐標
(s，t)；之后，根據所計算出的上述數值，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與所用刀具刃形的中點相對，采用坐
標轉換公式 x y t = cos φ sin φ 0 - sin φ cos φ 0 0 0 1 x 1 y 1 t 1 ]]>(2)對式(1)進行坐標變換，獲得需
加工螺旋槽坐標變換后的端面截形方程f(x)；式(2)中，(x₁，y₁)表示坐標變
換前的坐標點，(x，y)表示坐標旋轉角度φ后的坐標點；角度φ為加工螺
旋槽時為將需加工螺旋槽的中點對準所用刀具的中點應將需加工螺旋槽
繞中心軸線旋轉的角度，且角度并且需加工螺旋
槽順時針旋轉時角度φ為負值，逆時針旋轉時角度φ為正值；
(c)根據需加工螺旋槽坐標變換后的端面截形方程f(x)和需加工螺旋
槽的導程T，計算需加工螺旋槽的螺旋面方程
式(3)中，為角度參數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)中心軸線轉過的角度，且需加工螺旋槽右旋轉
時值為正，需加工螺旋槽左旋轉時值為負；L為螺旋參數且其
表示需加工螺旋槽的端面曲線繞絲錐錐體(1)的中心軸線轉過單位角度
時沿絲錐錐體(1)的中心軸線移動的距離；
(d)對公式(3)進行矢量運算，得到公式
(e)假設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，根據兩
曲面相切接觸的條件，加工螺旋槽時，在刀具回轉面和需加工螺旋槽螺旋
面的接觸點處，二者的公法線矢量與相對運動速度矢量垂直，根據此特性
且結合公式(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點，且將所取多個點坐標分
別代入公式(5)，即可求出與所述多個點的橫坐標x_i對應的多個值將
計算得出的一組多個分別代入公式(3)，便相應得到需加工螺旋
槽螺旋面上與刀具相接觸的多個接觸點(x_i，y_i，z_i)，所述多個接觸點
(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)采用坐標轉換公式(6)將步驟
(f)中求出所述多個接觸點(x_i，y_i，z_i)的坐標變換到所用刀具的坐標系
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接觸點
(X_i，Y_i，Z_i)；將Z_i作為刀具的軸向坐標點，且將作為刀具的徑
向坐標點，則相應得到刀具刃形上的多個離散點(R_i，Z_i)；
(h)根據所述多個離散點(R_i，Z_i)，并結合所用刀具的外徑，通過計
算機擬合出所用刀具的刃形。
4.按照權利要求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)中所述的根據所述多個離散點(R_i，Z_i)，并結合所用刀具的外徑，
通過計算機擬合出所用刀具的刃形時，采用神經網絡方法進行擬合，且進
行擬合時，將所述多個離散點的坐標Z_i作為神經網絡的輸入參數且將R_i
作為神經網絡的輸出參數，以此建立一個BP神經網絡模型；采用所建立
起的BP神經網絡模型進行多次訓練后便可模擬出刀具的刃形。
6.按照權利要求3所述的一種螺旋槽絲錐的加工方法，其特征在于：
步驟(h)中所述的根據所述多個離散點(R_i，Z_i)，并結合所用刀具的外徑，
通過計算機擬合出所用刀具的刃形時，采用數據建模方法進行擬合，且進
行擬合時，首先將所述多個離散點(R_i，Z_i)均繪制在一張坐標紙上，之后根
據所述多個離散點(R_i，Z_i)的坐標變化規律找出相近且擬合誤差小于目標
誤差的函數進行分段擬合，之后將分段擬合函數進行聯立便可求得刀具的
刃形。
7.按照權利要求5所述的一種螺旋槽絲錐的加工方法，其特征在于：
所述BP神經網絡模型為1×11×1的BP神經網絡模型。
8.按照權利要求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處理包括拋光、鏟磨螺紋、鏟磨切削錐和去毛刺。