變螺距多頭螺紋鏈加工技術(shù)

劉林 何小虎 王尊義

摘 要：大導(dǎo)程多頭復(fù)合螺紋鏈產(chǎn)品通常采用銑削加工，在加工過(guò)程中受銑削特性的制約，易出現(xiàn)加工毛刺大、產(chǎn)品變形量不容易控制的缺點(diǎn)。本文通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)銑削加工中大導(dǎo)程多頭復(fù)合螺紋鏈產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)優(yōu)化為車削加工。通過(guò)對(duì)數(shù)控車床螺紋加工原理的擴(kuò)展，對(duì)特殊產(chǎn)品進(jìn)行特殊分析，從材料特性、專用刀具、切削參數(shù)等方面入手，成功解決了大導(dǎo)程多頭復(fù)合螺紋鏈薄壁產(chǎn)品在銑削加工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，加工效率有了成倍提升。不僅拓寬了該類零件的加工思路，也為同類產(chǎn)品積累了可靠的加工經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：多頭變螺距螺紋;車削加工;錐形螺紋

1引言

隨著航天事業(yè)的不斷發(fā)展，航天新型號(hào)產(chǎn)品的科研生產(chǎn)任務(wù)不斷增加，伴隨著航天產(chǎn)品的型譜化，航天產(chǎn)品呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)類似，規(guī)格差異的特點(diǎn)。針對(duì)航天產(chǎn)品這種求同存異的特點(diǎn)，對(duì)某一類結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的加工技術(shù)提升，可以引用到整個(gè)系列產(chǎn)品的加工，對(duì)系列產(chǎn)品的加工質(zhì)量效率都有顯著提升。

本文針對(duì)大導(dǎo)程多頭復(fù)合螺紋鏈薄壁產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，由銑削加工優(yōu)化為車削加工，解決了產(chǎn)品毛刺大，產(chǎn)品變形量大的加工問(wèn)題。從材料特性、專用刀具、切削參數(shù)、宏程序等方面入手，積累了大導(dǎo)程多頭復(fù)合螺紋鏈薄壁產(chǎn)品的加工經(jīng)驗(yàn)。

2產(chǎn)品特點(diǎn)及加工方案

2.1產(chǎn)品零件特點(diǎn)

該零件共9條螺旋槽，每條螺旋槽深3mm，槽寬為4mm，筋寬為2.14mm，槽底壁厚只有2mm，產(chǎn)品材料為GH4169。產(chǎn)品外徑公差0.03mm，內(nèi)孔公差為0.05mm，是典型的復(fù)合螺紋鏈薄壁類零件。該零件的形狀如圖（1）所示：

2.2傳統(tǒng)銑削加工方法與特點(diǎn)

該類型零件的加工，傳統(tǒng)的加工方法是在四軸加工中心上，用直徑略小于槽寬的銑刀、利用工裝裝夾采用端面壓緊，采用雙側(cè)銑削的方式先將第一條槽的深度3mm加工到尺寸，再進(jìn)行下一條槽的加工，依次加工完成。

在銑削加工過(guò)程中，因銑加工是斷續(xù)切削，加工過(guò)程中產(chǎn)生的震動(dòng)與抗力較大，導(dǎo)致產(chǎn)品變形嚴(yán)重。由于零件是薄壁件且精度要求高，公差只有0.03mm，極易出現(xiàn)產(chǎn)品變形超差。銑削加工過(guò)程中因銑削特性導(dǎo)致復(fù)合螺紋的筋頂會(huì)出現(xiàn)翻邊毛刺，鉗工去除毛刺的工作量較大，對(duì)鉗工的操作技能要求較高，稍有不慎就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品超差甚至報(bào)廢。另外，該零件的材料為GH4169 ，GH4169 材料在650℃以下的屈服強(qiáng)度居變形高溫合金的首位，硬度高、強(qiáng)度大、導(dǎo)熱性差在機(jī)械加工中易產(chǎn)生加工硬化。受零件結(jié)構(gòu)限制，立式銑刀直徑不能大于4mm，銑削過(guò)程中的刀具磨損與消耗量極大，從而影響到加工成本。

2.3加工技術(shù)優(yōu)化

針對(duì)銑削加工的加工周期較長(zhǎng)，牽涉的工種工步較多，影響到產(chǎn)品的效率與質(zhì)量，采用車加工可對(duì)加工技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)比如下表1：

3車削原理分析

在不帶C軸功能的數(shù)控車床上加工多頭螺旋線，要實(shí)現(xiàn)螺旋線在圓周方向上的分度，必須通過(guò)改變螺旋線加工的循環(huán)起始點(diǎn)Z點(diǎn)的坐標(biāo)（螺紋的起始加工位置）來(lái)實(shí)現(xiàn)分度，每此起始點(diǎn)Z點(diǎn)的坐標(biāo)沿Z軸偏移一個(gè)螺距來(lái)實(shí)現(xiàn)分度，也就是變化螺紋的起始位置，終點(diǎn)坐標(biāo)不變，來(lái)完成零件的分度加工。普通數(shù)控車床一般都不具備C軸功能，加工復(fù)合螺紋鏈時(shí)不具有自動(dòng)分度功能。要實(shí)現(xiàn)螺旋線在圓周方向上的分度，需通過(guò)對(duì)產(chǎn)品回轉(zhuǎn)直徑和螺旋升角（導(dǎo)程角）進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)改變螺紋加工的循環(huán)起始點(diǎn)Z點(diǎn)的坐標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)分度，若要獲得Z點(diǎn)坐標(biāo)（即螺距），需將螺紋線的外表面展開(kāi)為一個(gè)三角形。D為螺旋線最大直徑，c、b長(zhǎng)度為導(dǎo)程，θ為導(dǎo)程角，n為螺旋線線數(shù)（該零件為1）。根據(jù)公式：

4刀具選擇與裝夾

4.1對(duì)刀問(wèn)題與解決方法

在螺旋線車削過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)因螺紋刀具磨損，崩刀而需重新裝刀對(duì)刀，裝刀對(duì)刀的好壞直接影響車削螺紋的精度，特別是螺紋的修復(fù)車削，需二次裝夾二次對(duì)刀，制約了數(shù)控車床加工螺紋的加工效率，螺紋加工精度要求較高，例如梯形螺紋的兩側(cè)面進(jìn)行精加工，需先粗加工后換精車刀進(jìn)行精加工，不能很好地解決加工過(guò)程中的裝刀對(duì)刀問(wèn)題。如修復(fù)已拆下的工件，這時(shí)確定加工起點(diǎn)位置才能進(jìn)行修復(fù)加工工作，如何確定加工起點(diǎn)與一轉(zhuǎn)信號(hào)位置，首先可用試驗(yàn)棒進(jìn)行表面深為0.05～0.1mm的螺紋車削（所有參數(shù)與需加工螺紋參數(shù)相同），Z值為距螺紋起點(diǎn)右端面整數(shù)螺紋導(dǎo)程距離值，表面刻出螺旋線，確定螺紋車削起點(diǎn)，并在卡盤圓表面相應(yīng)位置刻線標(biāo)記（即使刻線和試驗(yàn)棒上螺旋起點(diǎn)同一軸向剖面內(nèi)）。目的是使信號(hào)位置被記錄下來(lái)，卸下試驗(yàn)棒，裝夾上要車削或修復(fù)的螺紋工件，對(duì)刀時(shí)先將刀具轉(zhuǎn)到加工位置，再將車刀移至卡盤刻線部位，轉(zhuǎn)動(dòng)卡盤，使刻線對(duì)準(zhǔn)車刀主切削刃，

然后主軸不轉(zhuǎn)動(dòng)，移動(dòng)刀尖至任意一個(gè)完整螺紋槽內(nèi)，記下對(duì)應(yīng)Z向絕對(duì)坐標(biāo)，最后計(jì)算車刀Z向定位起點(diǎn)坐標(biāo)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果修改程序中起點(diǎn)Z向坐標(biāo)。公式為

n為當(dāng)前刀具所在螺紋槽到螺紋起點(diǎn)的螺紋槽的個(gè)數(shù)，t為螺距。

新加工起點(diǎn)Z向?yàn)?。

車削螺紋過(guò)程中裝刀和對(duì)刀至關(guān)重要，特別是二次車削（修復(fù)）螺紋，要在已有螺紋溝槽基礎(chǔ)上進(jìn)行螺紋車削，其關(guān)鍵就是要實(shí)現(xiàn)加工時(shí)保證主軸零位信號(hào)位置與工件上已有螺紋螺旋線的起點(diǎn)相一致。

4.2刀具的選擇與使用

刀具裝夾時(shí)應(yīng)保證刀具中心軸線在螺旋線的法向上，這需要保證2點(diǎn)：一是保證切削刃在零件外圓的最高點(diǎn)，一是保證刀具偏角與螺旋升角θ值一致。前者可以通過(guò)調(diào)整刀具的中心高來(lái)實(shí)現(xiàn)，后者則需要調(diào)整刀具的偏角來(lái)實(shí)現(xiàn)。調(diào)整刀具偏角有兩種方式，一是刀刃與刀桿本身偏角θ;一是刀刃與刀桿平行，加工中調(diào)整刀桿偏角。由于GH4169材料難切削的特點(diǎn)，需要盡量保證刀具的剛性，而刀刃與刀桿偏角的方式存在兩個(gè)明顯的弊端：刀具剛性難以保證和偏角θ難以保證。因此刀具只能選擇刀刃與刀桿平行，加工中調(diào)整刀桿偏角的方式。

確定刀具形式后，應(yīng)選取較小的刀具后角，以防止刀具折斷;選取適中的刀具前角，緊要保證切削刃足夠鋒利，同時(shí)不會(huì)出現(xiàn)蹦刃現(xiàn)象。因此刀具左側(cè)后角取3°～5°，右側(cè)后角取3°～5°，前角取15°～20°，在保證刀具角度的前提下盡量保證刀具的厚度，以增強(qiáng)刀具的剛性。

5切削參數(shù)

螺紋加工時(shí)采用螺紋分層車削，且粗精車分開(kāi)加工，車削過(guò)程中徑向進(jìn)刀深度為每次0.1mm，粗加工時(shí)進(jìn)刀時(shí)先由螺旋槽中間車一刀，9條槽車完，再向右平移（槽寬-刀寬）/2，再左平移（槽寬-刀寬）/2，一層車削完成后再向徑向進(jìn)刀，直至加工至槽深尺寸。螺紋的大徑加工時(shí)留0.2mm精加工余量，加內(nèi)孔也預(yù)留0.2mm精加工余量，螺紋鏈加工完成后再進(jìn)行內(nèi)外形的精加工 ，通過(guò)檢測(cè)產(chǎn)品的精度能保證在0.005mm以內(nèi)，且車后螺紋毛刺較小不需要進(jìn)行專業(yè)鉗工工序。螺紋加工過(guò)程中，主軸轉(zhuǎn)速對(duì)加工質(zhì)量和效率影響最大。轉(zhuǎn)速高低會(huì)影響刀具壽命、加工效率、螺紋兩側(cè)表面粗糙度、產(chǎn)品變形量。在加工程序不變的情況下通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比（表2）得出主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)為60r/min效果最好。

6小結(jié)

利用宏程序?qū)?fù)合螺紋鏈進(jìn)行車削加工，解決了大導(dǎo)程多頭復(fù)合螺紋鏈薄壁產(chǎn)品在銑削過(guò)程中出現(xiàn)的工序復(fù)雜、精度難以保證、加工效率低下的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)GH4169材料復(fù)合螺紋鏈產(chǎn)品的加工技術(shù)優(yōu)化，掌握了該材料、該類產(chǎn)品最佳的刀具選擇、切削參數(shù)以及宏程序編制方法。為同類產(chǎn)品的加工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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