盲孔硬材料數(shù)控銑削螺紋深度不合格解決方案

何東方，何坤，王憲龍，謝長超，呂娟娟

河南航天精工制造有限公司 河南信陽 464000

1 序言

高溫合金通常分為鎳基高溫合金、鈷基高溫合金和鐵基高溫合金等。其中，鎳基高溫合金具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度、良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能、良好的疲勞性能以及斷裂韌度等綜合性能，被廣泛應(yīng)用于航空、航天、輪船和能源等領(lǐng)域。

GH4169作為鎳基高溫合金的典型材料，其難加工特性主要表現(xiàn)為切削力大、切削溫度高、導(dǎo)熱性差、材料高溫硬度高及材料中金屬化合物和硬質(zhì)點(diǎn)較多等。加工鎳基高溫合金時(shí)，切削力一般為鋼材的1.5～2倍，切削溫度約為鋼材的2倍，同時(shí)材料導(dǎo)熱系數(shù)低、導(dǎo)熱性差，切削熱集中在刀尖，不易散熱，切削產(chǎn)生的高溫等使刀具發(fā)生嚴(yán)重的擴(kuò)散磨損、氧化磨損和粘結(jié)磨損[1]。

2 加工難題

圖1所示為我公司加工的某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)用零件三維模型，產(chǎn)品四周有5個(gè)深度5.5mm的M4×0.7mm盲孔螺紋，產(chǎn)品材料為GH4169。由于螺紋較小導(dǎo)致螺紋銑刀太細(xì)，懸深又太長，所以刀具剛性較差。螺紋銑削過程中刀具磨損快、刀具剛性差，導(dǎo)致加工后螺紋有效深度不合格[2]。通過分析原因發(fā)現(xiàn)，刀具剛性差，使加工過程刀具受力產(chǎn)生讓刀現(xiàn)象，導(dǎo)致實(shí)際加工螺旋線為一個(gè)上大下小的喇叭口（見圖2）。

圖1 產(chǎn)品三維模型

圖2 不合格產(chǎn)品的螺旋線

產(chǎn)品研制階段至今，采用的是數(shù)控銑削加工螺紋的方式，以保證螺紋孔口能用螺紋塞規(guī)止住，后續(xù)由鉗工返修螺紋，以保證螺紋深度符合圖樣要求。但實(shí)際加工過程中，由于螺紋光孔深度和螺紋有效長度相接近，所以產(chǎn)品在返修時(shí)需要把絲錐前端導(dǎo)向部分修磨掉，修磨后絲錐壽命降低，而且材料太硬，絲錐切削時(shí)抗力大，導(dǎo)致產(chǎn)品在鉗工返修時(shí)，絲錐斷在產(chǎn)品內(nèi)使產(chǎn)品報(bào)廢的情況時(shí)有發(fā)生。此產(chǎn)品螺紋加工從研制階段至今幾年的時(shí)間一直是影響訂單交付的瓶頸。

3 解決方案和程序編制

通過編制宏程序雙層嵌套控制加工路徑，一層嵌套控制機(jī)床3個(gè)直線軸聯(lián)動(dòng)加工錐形螺旋線，一層嵌套控制螺紋深度計(jì)算，銑上小下大的錐螺紋。程序刀具路徑如圖3所示，采用程序?qū)Ξa(chǎn)品讓刀的方式進(jìn)行反向補(bǔ)償。根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和材料特性聯(lián)系刀具廠商定制專用刀具（見圖4），經(jīng)過多次調(diào)試，找到最佳的錐度參數(shù)，最后達(dá)到螺紋數(shù)控銑削一次加工合格的效果，后續(xù)不再需要對(duì)螺紋進(jìn)行返修，合格產(chǎn)品如圖5所示。

圖3 程序刀具路徑

圖4 專用刀具

圖5 合格產(chǎn)品

在螺紋銑削加工中，刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡為一條倒錐螺旋線，采用參數(shù)化編程賦值，對(duì)刀具運(yùn)動(dòng)的每個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行計(jì)算[3]。宏程序編制以FANUC系統(tǒng)加工中心為例，程序如下。

4 結(jié)束語

宏程序由于允許使用變量算數(shù)和邏輯運(yùn)算及條件轉(zhuǎn)移，使得程序修改起來更方便、更容易，所以該程序在應(yīng)對(duì)相似問題時(shí)，可以迅速修改完成并投入使用。此方案解決了公司該類產(chǎn)品的加工難題，使產(chǎn)品合格率從80%提高到97%，加工效率提高了兩倍。