兩種鉬合金零件（螺紋）數(shù)控車加工方法初探

    鉬合金的強(qiáng)度、硬度均較高，韌性差，性脆易折斷，可加工性差，但因其具有熔點(diǎn)高、密度低和熱脹系數(shù)小的特性，常用于制造航空和航天的各種高溫部件。兩種鉬合金零件分別為鉬螺釘和鉬螺栓，如附圖所示。毛坯來料為熱軋Ф16mm鉬合金鋼棒，加工中發(fā)現(xiàn)該材料密度低，表皮硬度非常高，應(yīng)為退火殘余硬度。表層以內(nèi)硬度仍然很高，韌性差，導(dǎo)熱慢。使用普通高速鋼或硬質(zhì)合金刀具加工非常困難。首先，刀具前、后刀面及刀尖磨損很快，加注切削液，使用常態(tài)下不同切削用量多次試驗(yàn)，均無法獲得滿意效果，一般外圓刀片加工不過4件就需更換；其次，零件在刀具稍有磨損時(shí)即出現(xiàn)掉渣缺陷，平端面、切斷及車螺紋時(shí)均出現(xiàn)掉渣現(xiàn)象。外圓加工及端面加工在精車刀保持鋒利情況下可基本滿足圖樣要求，但螺紋加工掉渣始終無法避免。

    在實(shí)際加工中M6螺紋車制效果較差，加工中常發(fā)生螺紋段從收尾處折斷現(xiàn)象，無法避免。只有采用板牙加工。M12則采用數(shù)控車高速雙刀車螺紋，效果非常理想。

    由于兩種零件均較長，因此實(shí)際加工中，一般把車螺紋工步放在車外圓→切斷→平總長加工完最后進(jìn)行。由于工藝文件中M6螺釘、M12螺栓均不允許留有中心孔，因此臥式車床加工中最后還需把中心孔平掉。數(shù)車加工中采用分段加工的辦法，不鉆一中心孔。分段加工Ф12mm外圓(M12大端直徑)→切斷；分段加工Ф6mm外圓(M6大端直徑)→車錐而→切斷。程序較為簡單，在此略去。需注意的是Ф6mm外圓尺寸加工至Ф5.85～Ф5.93mm時(shí)，明顯有利于套制螺紋。外圓大于Ф5.93mm則套制余量大，易發(fā)生螺紋掉渣、缺螺紋等牙型不完整現(xiàn)象。外圓小于Ф5.85mm則套絲時(shí)擠壓變形量有限，如機(jī)床尺寸發(fā)生波動，易使M6螺紋大端尺寸接近極限或超差。另外切斷時(shí)，總長留量需大于1.5mm以上。以防切斷刀變鈍或排屑不暢擠壓，使零件根部錐面(螺釘)掉渣，在平完端面后也無法修復(fù)。亦即平完端面后零件仍有掉渣缺陷。

    加工這兩種零件外圓及總長時(shí)，普通硬質(zhì)合金刀具的材料牌號選用YG6或YG8，磨制角度可參照不銹鋼半精加工刀具角度磨制，如有條件采用機(jī)夾刀加工、使用涂層刀具效果較好。涂層刀具一般分為物理氣相沉積(PVD)和化學(xué)氣相沉積(CVD)。與傳統(tǒng)硬質(zhì)合金刀具相比，涂層刀具強(qiáng)度、硬度、耐磨性有很大提高。對硬度55HRC以下材料可實(shí)行高速切削，在對該兩種零件外圓加工時(shí)(PVD)或(CVD)均可，使用(CVD)刀片略好。

    切削用量：轉(zhuǎn)速600～900r/min。背吃刀量0.3～0.6mm。進(jìn)給量0.2～0.3mm/r。由于產(chǎn)生的切削熱很大，加工時(shí)使用以冷卻為主的水溶性切削液。

    加工完外形及總長尺寸后，即要開始加工螺紋，在加工M6-6h螺紋時(shí)，卡盤定心須準(zhǔn)確。盡量不要使用板牙架，用套絲器加工較好，因材料硬、脆。板牙架夾持板牙的中心線與工件中心線稍有偏移，零件就極易折斷或掉渣。套絲器則可適當(dāng)補(bǔ)償二者中心線的偏差，套絲時(shí)采用以潤滑為主的切削油工業(yè)用豆油。

    在加工M12-6h螺紋時(shí)，由于套絲加工時(shí)扭矩大，不易夾緊，導(dǎo)致工件打轉(zhuǎn)。更嚴(yán)重的是，由于材料的特殊性，螺紋會產(chǎn)生嚴(yán)重掉渣缺陷，牙型不完整。使用板牙無法加工出合格的產(chǎn)品。在臥式車床上使用螺紋刀車螺紋，采用高速鋼(W18Cr4V)刀具切削，使用低速(50r/min)加工，很快達(dá)到刀具磨損極限，切削效果也非常不理想。而在數(shù)車上采用硬質(zhì)合金YG8，YG6，YW1等焊接刀具及涂層刀具PVD，CVD使用1200r/min以下各轉(zhuǎn)速試驗(yàn)，效果也均不理想。

    針對實(shí)驗(yàn)結(jié)果及材料特性，決定使用國際上新的加工理論——高速、快走、小吃刀切削法試驗(yàn)。針對材料特性及刀具磨損情況，車螺紋采用難度較大的高速(2100r/min)，雙刀分粗、精車法加工。經(jīng)過對螺紋加工指令格式的比較，首先淘汰了G34(變螺距螺紋指令)和G32(單一螺紋切削指令，進(jìn)退刀須另外指定，太繁瑣)，決定使用G92和G76編程分別試驗(yàn)。加工程序如下：

    加工中，粗加工1號螺紋刀使用以冷卻為目的的水溶性切削液；精加工2號螺紋刀工作時(shí)使用以潤滑為目的的工業(yè)用豆油，用毛刷蘸抹。

編程說明：

(1)以上兩個(gè)程序O0001和O0002是基于發(fā)那科0—T系統(tǒng)編制，O0001程序中間即使省略了很長一段，仍可看出用G92編程遠(yuǎn)遠(yuǎn)繁瑣于用G76編程。

(2)兩種螺紋切削循環(huán)指令格式特點(diǎn)：G92螺紋切削循環(huán)采用直進(jìn)式進(jìn)刀方式，由于刀具兩側(cè)刃同時(shí)切削工件，切削力較大，而且排屑困難，因此在切削時(shí)，兩切削刃容易磨損。在切削螺距較大的螺紋時(shí)，由于切削深度較大，刀刃磨損較快，從而造成螺紋中徑產(chǎn)生誤差。但由于其加工的牙型精度較高，因此一般多用于小螺距、高精度螺紋的加工。由于其刀具移動切削均靠編程來完成，所以加工程序較長。由于刀刃在加工中易磨損，因此在加工中要經(jīng)常測量。

    G76螺紋切削循環(huán)采用斜進(jìn)式進(jìn)刀方式，由于單側(cè)刀刃切削工件，刀刃容易損傷和磨損，使加工的螺紋面不直，刀尖角發(fā)生變化，而造成牙型精度較差。但由于其為單側(cè)刃工作，刀具負(fù)載較小，排屑容易，并且切削深度為遞減式，因此，此加工方法一般適用于大螺距、低精度螺紋的加工。此加工方法排屑容易，刀刃加工工況較好，在螺紋精度要求不高的情況下，此加工方法更為簡捷方便。如果需加工高精度、大螺距的螺紋，則可采用G92、G76混用的辦法，即先用G76進(jìn)行螺紋粗加工，再用G92進(jìn)行精加工。需要注意的是粗精加工時(shí)的起刀點(diǎn)要相同，以防止螺紋亂扣的產(chǎn)生。

(3)O0001程序編制繁復(fù)，容易出錯(cuò)。但在配合試驗(yàn)件試切加工的基礎(chǔ)上，認(rèn)真編制、調(diào)試、定型程序后是完全可以加工出合格零件的。針對刀具易磨損和零件易掉渣的缺點(diǎn)，粗加工程序中通過改變螺紋刀起刀點(diǎn)位置的措施來改變刀具和零件受力狀況，以改善二者的工作環(huán)境，從而達(dá)到延長刀具壽命和減少掉渣的效果。另外使用第二把螺紋刀加工可以獲得穩(wěn)定的螺紋中徑尺寸，保證螺紋精度，有效地補(bǔ)償了G92指令格式的缺憾。精加工中，改變螺紋刀起刀點(diǎn)位置，則是為修光螺紋兩側(cè)面所進(jìn)行的“趕刀”，螺紋實(shí)際效果非常理想。

(4)O0002程序簡潔易編，在實(shí)踐中也可以加工出合格零件。但在大批量生產(chǎn)中，成品合格率較使用O0001程序加工低，主要表現(xiàn)在時(shí)有輕微掉渣現(xiàn)象及螺紋兩側(cè)面表面粗糙度稍差。分析原因是由于G76指令格式特點(diǎn)決定的，盡管同樣使用兩把刀分粗、精車來避免刀具磨損對螺紋尺寸精度的影響，G76格式卻不能進(jìn)行重復(fù)上一刀尺寸的加工，也就是我們車削加工中常說的“圓整”加工簡稱“圓刀”，而在該零件的加工中，卻必須進(jìn)行“圓刀”，否則掉渣現(xiàn)象比較嚴(yán)重。盡管G76指令格式的“斜進(jìn)法”進(jìn)刀方式能改善工件和刀具的受力狀況，減輕工件掉渣現(xiàn)象，但不能根本杜絕掉渣，而在精加工中進(jìn)行的為提高螺紋表面質(zhì)量所必須的“趕刀”G76格式也很難進(jìn)行。因此O0002程序被放棄。

    而用G76編制粗加工程序，用G92編制精加工程序的方法效果也不佳。因粗加工中時(shí)有發(fā)生的掉渣現(xiàn)象，到精加工時(shí)無法修復(fù)。會產(chǎn)生牙型不完整缺陷，將導(dǎo)致零件報(bào)廢。故在實(shí)際加工中使用O0001程序。

程序簡介：

(1)零件X向尺寸銜接。在粗加工中刀具已加工到X11.1，而精加工卻從X11．3開始進(jìn)刀，是考慮到對刀誤差、粗車刀磨損等情況而預(yù)留的余量，因此在粗、精車刀未磨損、對刀準(zhǔn)確的情況下，精車刀開始幾刀是不切削的，可用來為工件毛刷蘸抹豆油做好準(zhǔn)備。

(2)起刀點(diǎn)定在Z15開始，是因機(jī)床轉(zhuǎn)速及刀架快移速度很高，必須給編碼器足夠的反應(yīng)時(shí)間，使機(jī)床在轉(zhuǎn)速及螺旋線軌跡在達(dá)到?jīng)]定值時(shí)才開始進(jìn)行螺紋插補(bǔ)。開始試制時(shí)螺紋刀起刀點(diǎn)為Z5。但在自檢時(shí)發(fā)現(xiàn)在螺紋中徑尺寸已達(dá)到公差下限，且在螺紋全長上螺紋大徑和中徑無錐度情況下，環(huán)規(guī)旋人至第三、四個(gè)螺紋時(shí)，明顯有突然‘發(fā)澀’現(xiàn)象，而通過該點(diǎn)后，則旋入非常松快。經(jīng)分析原因后，將起刀點(diǎn)值改為Z15后，現(xiàn)象消失。即使在刀具磨損，螺紋中徑值在剛進(jìn)公差0.05mm時(shí)環(huán)規(guī)旋人還很輕松。

(3)提高效率，減少單件工作時(shí)間。在退刀U20后即提前指令停止主軸運(yùn)轉(zhuǎn)，設(shè)定M5。在刀架退到遠(yuǎn)離工件時(shí)，主軸已基本停止，即可開始檢測，裝卸工件了。檢測時(shí)以環(huán)規(guī)為主，每件檢測螺紋綜合尺寸，用環(huán)規(guī)通、止端保證。每5件以螺紋中徑千分尺測量中徑前后差值，掌握刀具磨損情況。加工20mm螺紋一頭時(shí)，裝夾時(shí)工件伸出卡盤長度為26mm，以工件端面為程序原點(diǎn)塒刀確定Z0，加工另一頭14mm，螺紋時(shí)，只需把工件仲出長度改為20mm即可開始加工，不需重新對刀，從而避免了改編程序和對刀發(fā)生錯(cuò)誤的可能性。如有條件選用同廠、同批生產(chǎn)的兩個(gè)刀體和刀片，在初次對刀后，在每次更換磨損刀片時(shí)可迅速恢復(fù)牛產(chǎn)，而不需重新對刀。

    對刀及刀具制作：以標(biāo)準(zhǔn)刀片左側(cè)小平而為基準(zhǔn)對刀，以工件端面確定Z0。由于同廠同批的刀片左側(cè)小平面與刀尖距離一致，因此兩把刀刀尖加工出的螺旋線是重合的，滿足了雙刀車制螺紋的要求。如有條件粗車刀刀片選用14牙/in，即刀尖角角度55°、螺距1.815mm刀片，精車刀刀片選用刀尖角60°、螺距1.75mm刀片，則螺紋表面粗糙度效果更好。使用涂層刀片PVD或CVD均可，CVD效果略好。若沒有標(biāo)準(zhǔn)刀具和刀片，可用YG8、YG6、YW1等焊接刀具由線切割機(jī)床切制，在刀尖左側(cè)約1.5mm處加工出一小平面，用于對刀。粗、精車刀刀尖與小平面距離公差控制在±0.01mm，螺紋刀刀尖角和后角同時(shí)切出。手工刃磨出螺紋刀前角(大圓弧前角，切屑成球狀，壽命稍好)，用油石研磨前、后角后再使用，也可滿足加工要求，但刀具壽命較差。雙刀車制螺紋的對刀方法，有興趣者可與筆者聯(lián)系、交流、探討。由于材料確實(shí)難以加工，盡管采用了各種措施，刀具耗損依然較高，不過產(chǎn)品合格率卻可以基本得到保證，可以達(dá)到95％以上。