外螺紋配合件的加工工藝分析與實(shí)現(xiàn)

張楓

[摘要]本文闡述了數(shù)控機(jī)床加工工藝，并使用該工藝設(shè)計(jì)加工了一款外螺紋配合件，其外螺紋尺寸精度較高，上下表面粗糙度良好。

[關(guān)鍵詞]數(shù)控機(jī)床加工工藝；外螺紋配合件；切削用量

一、引言

隨著我國生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，改革開放以來制造業(yè)得到了長足發(fā)展，以數(shù)控加工工藝為代表的現(xiàn)代制造業(yè)突飛猛進(jìn)。在機(jī)械制造中，螺紋加工和制造精度要求高、設(shè)計(jì)復(fù)雜，本文闡述了使用數(shù)控機(jī)床的外螺紋配合零件加工工藝，該零件是集合了多種工藝在內(nèi)的綜合零件。本文首先分析了數(shù)控加工工藝，然后進(jìn)行了設(shè)備選擇、螺紋配合精度設(shè)計(jì)、刀具和夾具選擇以及切削用量選擇，并利用數(shù)控加工工藝，使該外螺紋配合零件得到最佳精度。

二、數(shù)控加工工藝分析

圖1展示了數(shù)控機(jī)床各組成部分，包括機(jī)床本體、伺服系統(tǒng)、數(shù)控裝置與控制介質(zhì)四個(gè)部分。

數(shù)控機(jī)床按照其運(yùn)動(dòng)軌跡可分為點(diǎn)位型、點(diǎn)位直線型和輪廓控制型三類；按照伺服系統(tǒng)控制方式可分為開環(huán)控制、半閉環(huán)控制和閉環(huán)控制，圖2-1為開環(huán)控制型；按數(shù)控裝置可分為硬線型和軟線型兩種。

使用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行零件加工的技術(shù)為數(shù)控加工技術(shù)。選擇加工表面的加工方案以及加工方法時(shí)，要考慮到以下因素：

1、加工表面技術(shù)要求；

2、材料性質(zhì)；

3、工件的形狀、尺寸；

4、生產(chǎn)類型；

5、生產(chǎn)條件；

根據(jù)設(shè)計(jì)需求和實(shí)際情況確定加工方案之后，即可安排加工工序。通常，現(xiàn)代零件加工質(zhì)量要求較高，不可能使用一道工序就完成全部加工內(nèi)容，因此通常必須按一定原則分幾階段加工。

1、先粗后精，即先完成粗加工，然后進(jìn)行半精加工，最后再精加工以及光整加工；

2、先主后次，例如在切削加工中，先安排零件裝配基面、工作表面等主要表面進(jìn)行加工，然后安排例如鍵槽、螺紋孔、緊固用光孔次要表面完成加工；

3、先面后孔，即對(duì)箱體、連桿、支架和底座等零件，應(yīng)首先加工用于定位的平面以及孔的端面，最后加工孔。這樣，工件定位夾緊，穩(wěn)定可靠，從而確保了孔與平面位置的精度，并減小刀具磨損；

4、基面先行，即用作精基準(zhǔn)的表面應(yīng)先加工。

綜上所述，首先應(yīng)進(jìn)行定位面粗加工以及半精加工，然后再以精基面定位完成其它表面包括軸類零件頂尖孔在內(nèi)的加工。

三、外螺紋配合件的加工工藝

（一）零件分析

本文加工的零件如圖3-1所示，其尺寸為86ram×Ψ60mm。

零件毛坯選擇160mm×Ψ62mm的45鋼，它由螺紋、退刀槽、錐面、圓弧、圓柱面與端面連接，結(jié)構(gòu)形狀較為復(fù)雜，加工部位較多，同時(shí)對(duì)外螺紋尺寸、位置、形狀的精度要求較高，表面粗糙度為Ral.6。此零件加工難度較大，因此適合使用數(shù)控加工工藝。

（二）零件加工工藝

由圖3-1可知，加工裝夾較為容易，為使工序基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)保持重合、便于加工零件各個(gè)部位，可使用三爪卡盤將毛坯任意端裝夾固定，通過這樣簡單有效的裝夾方法，即可限制該零件的四個(gè)自由度，從而有效保證該零件在加工過程中的定位。

首先應(yīng)確定加工工序?；诘诙滤龅募庸すに嚬ば蛟瓌t，該零件在加工過程中所需工序相對(duì)少，加工次序如下：

1、粗車外表面

該零件加工中對(duì)刀具要求不高，只需加工好幾處圓弧、錐面相互夾角即可，因此選用的是一把刀尖角是30°的硬質(zhì)合金尖刀以及一把5mm的硬質(zhì)合金切斷刀，特別注意的是，由于零件毛坯材料是鋼件，加工時(shí)應(yīng)注意要刃磨刀具。

粗車外表面加工使用刀尖角是30°的硬質(zhì)合金尖刀，圖3-2展示了加工部位及走刀路線。

考慮到粗車外表面是遞增的并且具有圓弧，而加工該零件的材料為鋼件，因此可用這把刀尖角是30°的硬質(zhì)合金尖刀直接把工件車削成型。編制加工程序時(shí)采用FANUC系統(tǒng)中內(nèi)置的G71外圓循環(huán)加工指令，因此在進(jìn)行外表面粗車加工的時(shí)候，其走刀路線與普通的加工不盡相同，加工步驟依次為切斷面、切圓弧、切外圓、切圓弧、切外圓、退刀、回到起點(diǎn)。

2、精車外表面

選用刀具仍然是刀尖角是30°的硬質(zhì)合金尖刀，其走刀路線參見圖4所示。

3、切槽

選用刀具是刀尖寬度是5mm的切槽刀，其加工部位和走刀路線參見圖5所示。

4、切外螺紋

選用刀具是刀尖角是60°的硬質(zhì)合金螺紋刀，編寫螺紋加工程序的時(shí)候，為保證外螺紋能與內(nèi)螺紋完全配合得當(dāng)，應(yīng)使實(shí)際外螺紋尺寸小于圖紙?jiān)O(shè)計(jì)尺寸約0.1-0.2mm，其加工部位和走刀路線參見圖6所示。

5、切斷

選用刀具是5mm的切斷刀。在完成上述切削加工后，應(yīng)將該零件切斷，其加工部位和走刀路線參見圖7所示。

其次，應(yīng)確定切削的用量，數(shù)控加工工藝中的切削用量主要應(yīng)設(shè)計(jì)好背吃刀量、主軸的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給的速度。

切削用量選擇原則和普通機(jī)床加工類似，其具體數(shù)值設(shè)定需根據(jù)數(shù)控機(jī)床的使用說明書以及金屬切削中規(guī)定的原則和方法，并結(jié)合加工者的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來確定。在機(jī)床的剛性和功率允許的范圍內(nèi)，應(yīng)盡可能地選取大的背吃刀量，從而減少進(jìn)給次數(shù)；對(duì)于光車時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速，應(yīng)根據(jù)被加工零件部位的直徑，并考慮被加工零件與刀具材料的特性、加工性質(zhì)等條件，確定主軸轉(zhuǎn)速允許的范圍，從而決定最合適的主軸轉(zhuǎn)速。在編寫程序的時(shí)候，必須確定好每道工序各自的切削用量，應(yīng)充分考慮到上述影響切削的諸多因素，精確選擇切削的條件，從而確定最合理的切削用量，提高加工質(zhì)量和效率。

根據(jù)上述加工步驟，確定的切削用量具體如下：

1、粗車外表面

車削端面期間，主軸轉(zhuǎn)速1000r/min；

車削，主軸轉(zhuǎn)速800r/min；

錐面、直外圓面進(jìn)給量0.25mm/r；圓弧的進(jìn)給量0.18mm/r；

2、精車外表面

車削端面期間，主軸轉(zhuǎn)速1500r/min；

車削錐面、直外圓面、圓弧期間，主軸轉(zhuǎn)速1500r/min；

錐面、直外圓面、圓弧進(jìn)給量0.1mm/r；

3、切斷

主軸轉(zhuǎn)速300r/min，進(jìn)給量0.12mm/r；

4、外螺紋尺寸

直徑（牙深）13×2=2.6mm；

螺紋大徑29.8mm；螺紋小徑27.4mm

根據(jù)牙深可以確定該外螺紋加工分為五刀，各刀分別為0.9mm、0.6mm、0.6mm、0.4mm和0.1mm。

最后，應(yīng)填寫加工工藝文件，并按照上述設(shè)計(jì)編寫數(shù)控機(jī)床程序。

四、結(jié)果分析與結(jié)論

根據(jù)第三章所述設(shè)計(jì)加工的外螺紋配合件，其尺寸精度較好，但是零件上下表面的粗糙度值略大。這是因?yàn)榧庸ぞ扰c諸多因素有關(guān)，包括所用數(shù)控機(jī)床、夾具和刀具本身的誤差、使用數(shù)控機(jī)床時(shí)的調(diào)速誤差、筆者操作技能等，上述原始誤差累積到該零件加工中，就形成了其加工誤差。

參考文獻(xiàn)

陳冬梅.宏程序在數(shù)控車削大導(dǎo)程半圓形螺紋中的應(yīng)用[J].科技資訊，2010，（12）：136-138.

南文虎.數(shù)控多刀管螺紋機(jī)床主軸箱的設(shè)計(jì)與研究[D].蘭州理工大學(xué)，2010.

張寧菊.基于FANUC系統(tǒng)的螺紋套數(shù)控加工[J].機(jī)床與液壓，2011，39（18）：40-42.

任健強(qiáng).數(shù)控車床加工內(nèi)、外螺紋配合件的方法[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2009，（22）：145-146.