大型內(nèi)螺紋的旋風(fēng)銑削加工

 1 前言

    傳統(tǒng)的螺紋加工主要采用螺紋車(chē)刀車(chē)削螺紋或采用絲錐、板牙手工攻絲及套扣等方法。隨著數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展，尤其是三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工技術(shù)的出現(xiàn)，使更先進(jìn)的螺紋加工方式—螺紋的數(shù)控銑削得以實(shí)現(xiàn)。螺紋銑削加工主要采用數(shù)控撞、銑類(lèi)機(jī)床或加工中心。對(duì)于小直徑內(nèi)螺紋(≤20mm)常用攻絲、套扣等方法來(lái)加工；對(duì)于材質(zhì)硬度高、孔數(shù)較多的大型精密非標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)螺紋的加工，用這些傳統(tǒng)的加工方法則比較困難。英格索爾的NC-120內(nèi)螺紋旋風(fēng)銑削加工方法，則很好地解決了用傳統(tǒng)方法難以加工的大型精密內(nèi)螺紋的加工問(wèn)題。它可嚴(yán)格控制中徑公差、減小或消除刀具切削時(shí)對(duì)牙型的干涉，大大提高了被加工螺紋的精度，并且加工效率高。本文主要介紹旋風(fēng)銑削的加工工藝方法和編程。

    2 加工原理和加工工藝方法

    加工原理和軌跡

    在數(shù)控鏜銑類(lèi)機(jī)床上加工大型內(nèi)螺紋，可采用旋風(fēng)銑削，其加工原理為:高速旋轉(zhuǎn)的成形銑刀，其刀尖回轉(zhuǎn)圓始終與內(nèi)螺紋外徑處于內(nèi)接狀態(tài)，與此同時(shí)，刀具繞工件孔軸線作螺旋運(yùn)動(dòng)，此時(shí)60°成形刀把與刀尖干涉的金屬切除，在工件孔壁上就切出螺紋槽。螺旋運(yùn)動(dòng)由數(shù)控機(jī)床的螺旋插補(bǔ)功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。為防止加工到孔底部時(shí)，切屑與刀具的干擾阻擠和加工部位被切屑遮蓋，旋風(fēng)銑削均采用從孔底向外加工的走刀方向。

    刀具和附具

    在內(nèi)螺紋的旋風(fēng)銑削時(shí)是借用NC-120裝置上的刀片、刀盤(pán)和刀桿，其機(jī)構(gòu)如圖1所示。并設(shè)計(jì)制造了一根專(zhuān)用接桿，前面連接NC-120刀桿和刀盤(pán)，后面的錐柄與機(jī)床主軸連接(圖1)。該刀片是可轉(zhuǎn)位、不重磨硬質(zhì)合金刀片，其尺寸和角度精度較高，可裝于銑刀盤(pán)，同時(shí)裝4～6把刀片，組成多刃銑刀盤(pán)。通過(guò)刀盤(pán)尾部的定心柱和螺紋與刀桿聯(lián)結(jié)，又通過(guò)刀桿尾部的短錐、鍵和螺釘，緊固在可裝入錐孔的專(zhuān)用刀桿上。該刀具有同時(shí)參與切削的刀片多、精度高、耐磨性能好等優(yōu)點(diǎn)。由于刀具直接連接主軸，在選擇刀盤(pán)時(shí)，主要是考慮加工螺距的大小和螺孔的深淺，螺孔直徑不是考慮的主要因素。銑螺紋用的刀具也可自行設(shè)計(jì)，但其制造精度要滿(mǎn)足工作的要求。為保證其牙廓尺寸精度和表面粗糙度，盡可能采用多刃結(jié)構(gòu)。

    螺紋有關(guān)參數(shù)的計(jì)算

    內(nèi)螺紋的牙型尺寸和刀點(diǎn)如圖2所示。螺紋標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定其牙型是將等腰三角形尖峰削去H/8高度，并以此處作為螺紋公稱(chēng)直徑。圖2中體現(xiàn)螺紋配合間隙的要求。數(shù)控銑削中，為使圖2中所示的刀尖A與牙型尺寸中的點(diǎn)B重合，必須計(jì)算出螺孔的最大直徑D1。其計(jì)算如下： D1=d+2×H/8=d+H/4式中，H=0。866P，P為螺距，中徑公差按其公差值的1/3考慮，則D1直徑還將加大： D1=d+H/4+e/3式中，e為中徑公差值。

    3 程序編制

    以西門(mén)子8系統(tǒng)為例，介紹其數(shù)控程序的編制。以子程序形式編寫(xiě)。用R參數(shù)代替語(yǔ)句中的數(shù)碼和數(shù)值，能適用于不同直徑、不同螺距、不同深度的螺紋加工，具有一定的通用性。程序按刀具中心軌跡編寫(xiě)，所以不需要使用刀補(bǔ)功能。程序可存入機(jī)床，使用時(shí)，由主程序調(diào)用并給出切削用量、初始參數(shù)賦值，同時(shí)使刀具中心定位在已加工好的底孔上方。

    程序的初始賦值參數(shù)的定義和軌跡

    圖3是內(nèi)螺紋旋風(fēng)銑削程序軌跡及參數(shù)定義：RO1—加工螺紋公稱(chēng)直徑；R03—專(zhuān)用銑刀盤(pán)刀尖直徑(SK)；

R05—加工螺紋的深度；R06—螺紋中徑的公差值；R08—螺紋銑削走刀速度；R09—螺距；R11—刀具軸編號(hào)(X軸，111=1；Y軸，111=2；Z軸，R11=3)。XY平面上內(nèi)螺紋銑削程序框圖在XY平面上進(jìn)行內(nèi)螺紋銑削的程序框圖如圖4所示：

    圖4 程序流程圖

    XY平面上內(nèi)螺紋銑削程序

    對(duì)于數(shù)控鏜、銑類(lèi)機(jī)床(加工中心)來(lái)說(shuō)，螺紋銑削加工程序的編制主要采用G02、GO3圓弧插補(bǔ)指令，形成螺旋插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。下面是西門(mén)子8M系統(tǒng)使用的子程序單：N1 R1O 0。8S6 R12 4 R50 0；R52 2 R53 R02 0R54 0N2 R30 RO9 R00 0 R30/R32；N3 R01 R30 R00 0 R06/R51；N4 R01 R06 R00 0 R01-R01；N5 R01/R52 R00 0 R02 R01；

N6 R02/R52 R00 0 R54 R01 ；N7 R54×R51 R00 0 R05 R54 ；N8 G64 G91 G01 Z-R05 FR08 M03；刃具進(jìn)入孔底N9 G03 X-R01 Y0 PR2；圓弧切入至最大外徑N10 G03 X0 Y0 IR01 J0 ZR9；螺旋插補(bǔ)銑削一扣N11 R50 R09；已加工長(zhǎng)度增加一個(gè)螺距N12 @02-10 R5 R50；判斷R05>R50時(shí)，前跳到N10段N13 G00 XR01 M05；R05≤R50時(shí)，刀具退到孔中心N14 G90 G60 M17；子程序結(jié)束。 

    程序是按加工右旋內(nèi)螺紋設(shè)計(jì)的，也可按同樣方法編寫(xiě)左旋內(nèi)螺紋的通用參數(shù)子程序。

    4 結(jié)論

    用旋風(fēng)銑削法來(lái)加工大型精密內(nèi)螺紋，能?chē)?yán)格控制中徑公差，加工精度好，效率高。由于采用了子程序技術(shù)，編程較為簡(jiǎn)便。且對(duì)于不同類(lèi)型的螺紋，只需修改程序中的參數(shù)即可，程序可保存于數(shù)控系統(tǒng)中，加工時(shí)調(diào)出，適合于批量生產(chǎn)。我們?cè)谛吞?hào)為XK713型數(shù)控機(jī)床上采用了旋風(fēng)銑削加工M200的大型內(nèi)螺紋，結(jié)果表明，用該方法加工，生產(chǎn)效率比用傳統(tǒng)方法加工提高了40%，且容易控制其加工精度。