前風扇聯軸器螺母內螺紋銑除加工的工藝研究

摘 要：文章主要闡述了有關某發動機上前風扇聯軸器螺母內螺紋銑除加工的工藝研究。共分為聯軸器螺母內螺紋的研究，銑加工設備的選擇，數控程序的編制和零件試制4個部分。聯軸器螺母屬于航空發動機重要的轉子連接件，它的安全性和可靠性十分重要。設計圖紙中內螺紋的尺寸具有重要特性，是聯軸器螺母的關鍵工序，其內螺紋尺寸要求嚴格，精度高，表面粗糙度低，技術條件要求嚴格。因螺紋為螺旋線結構，并且螺牙之間的距離很小，光度和尺寸精度要求嚴格，內螺紋的銑除加工靠打磨或普通設備根本無法保證，只能應用數控加工的方法進行，而數控銑除內螺紋的加工也是首次，對其進行工藝研究很有必要。

關鍵詞：聯軸器螺母；內螺紋；銑加工；數控

1 聯軸器螺母內螺紋的研究

螺紋零件為最常用的機械零件，無論在緊固連接、導管密封接合、傳遞動力、機床進給運動及位移放大與微調等方面均需借助螺紋的功能。前風扇聯軸器螺母為轉包零件，是美國GE公司CF6-80E發動機上的零件（見下圖）， 聯軸器螺母的毛料為鎳基合金鍛件，零件尺寸規格為φ137×48mm，厚度9mm。

聯軸器螺母內螺紋采用的是美國聯邦螺紋標準，該螺紋為單頭螺紋，并且依據美國螺紋標準，沒有特殊注明的螺紋均為右旋螺紋（見下圖）。

上圖中符號和數值的含義為：？苓符號代表該尺寸為重要尺寸；4.75代表內螺紋的大徑，單位英寸；12代表在每英寸范圍內的螺牙數；UNJF中的UN代表不變螺距，J代表加強型，F代表細牙，UNJF即為不變螺距的加強型細牙螺紋；3B中的3為螺紋等級，B代表內螺紋。圓頭起始按MIL-S-8879，MIL-S-8879為控制牙底半徑并增大小徑的螺紋通用規范，已被批準作為美國聯邦螺紋標準之一，與UNJ統一加強螺紋標準完全一致。UN統一螺紋標準為美國緊固件的基本螺紋標準，UN統一螺紋為在機械和結構內作緊固用的完整的螺紋制度，其顯著特點是通過螺紋牙型、直徑-螺距組合和尺寸極限的標準化來達到螺紋的互換性。不變螺距系列適用于需反復裝配和分解的零件上，或以加大尺寸重新加工螺紋來修復磨損螺紋之處。螺紋等級是按彼此間的公差和容差量來分類的，分等級的作用是為了保證螺紋件的互換性能。內螺紋分為3個不同的等級，它們是：1B、2B、3B。3B級內螺紋供緊密配合并對螺紋導程與夾角要求極高之處使用，3B級內螺紋的中徑無論有無涂鍍層均為基本中徑，要能與無容差或間隙的最大實體零件配合。UNJF螺紋適用于高溫以及在產品實際尺寸與重量相同條件下需有較高疲勞壽命和應力級的場合，如用于航空發動機及飛機、導彈、宇航飛行器及對尺寸與重量要求極為嚴格的類似設計之處。在這里還要介紹幾個螺紋輪廓尺寸術語，在后續的編程計算中將會用到。

（1）螺距：相鄰螺牙在中徑線上對應二點間的距離，基本螺距等于導程除以螺紋線數。

（2）導程：配對螺紋件旋轉一整圈時移動的軸向距離。

（3）每英寸螺牙數：為螺距（英寸數）的倒數。

2 銑加工設備的選擇

聯軸器螺母的尺寸規格為φ137×48，厚度9mm，屬于較小的零件，因此數控設備的選擇不能太大，以免造成不必要的資源浪費，同時也利于零件的找正和試加工時的觀察。螺旋線的銑削要求設備必須是立式四坐標的加工中心，并且必須有轉臺。通過以上的要求來考察，95車間的MAHO四坐標加工中心符合這一要求。下面就要看該設備是否具有螺旋線的銑削功能了，通過學習MAHO的操作手冊發現，MAHO有一個螺旋線插補的功能。螺旋線插補的含義為在加工平面上有圓周運動同時有刀具軸的直線運動。該命令的格式為G2 X Y Z I J2 K（升程=2mm），用該命令編程時除了要寫出圓周中心點坐標外，必須寫出圓周運動三個坐標軸的終點坐標或每轉一周的升程。因螺旋線坐標點難于確定，因此程序編制采用升程的方法。

3 數控程序的編制

因聯軸器螺母內螺紋后續工序還要電鍍銀層，按美國螺紋標準規定沒有特殊注明的螺紋尺寸都為鍍后尺寸。通過查美國聯邦螺紋標準并減去鍍層厚度計算得出鍍前的大、中、小徑為120.7-121.14mm、119.33-119.45mm、118.64-118.85mm。根據螺旋線插補命令的格式還要計算出導程，根據前面的定義知道，基本螺距=導程/螺紋線數，聯軸器螺母內螺紋為單頭螺紋，因此導程等于螺距，螺距=1/每英寸螺牙數，經計算得到導程為1.7mm。

通過上圖可以知道，不完全螺紋去除后凸出螺紋牙底的高度為0-0.123mm，銑除螺紋轉接R為12.7-38.1mm。該轉接R可以直接用刀具保證。由于尺寸特性為重要特性，程序中使用了刀具的半徑補償和刀具長度補償。輪廓銑：銑刀刀心的運動軌跡并不等于加工零件的實際輪廓，在進行輪廓加工時，銑刀中心偏離零件輪廓表面一個刀具半徑值，因此必須考慮進行刀具半徑補償，在程序編制時合理地使用指令G41、G42和G40，即可建立刀具半徑補償和取消刀具半徑補償。刀具長度補償：通過改變刀具長度補償坐標值上刀。將數控系統中刀具長度補償欄內對應刀號的長度補償坐標Y進行修正，使刀具在整個坐標系中進行平移。一般情況下，按對刀儀對刀和刀補中上刀，可加工出合格產品。但在實際加工中，不可遇見的問題會經常出現。為了加工出優質的精品，防止對刀儀不準確和零件加工中出現了讓刀，操作者需邊加工邊測量，才能做到精益求精。

編制的程序如下：

N95000

N1 G18 T31 M6

N2 G54

N3 G90

N4 G0 X0 Y50 Z0 B0 S200 M13

N5 Y-2.473

N6 X35

N7 G42

N8 G1 X60.57 F100

N9 G2 X60.57 Z0 I0 J-1.7 K0

N10 G1 X35

N11 G0 X0 Y50 Z0

N15 G40

N12 M5

N13 M30

4 零件試制

程序編制完成以后還需要現場的零件試加工，以驗證加工方法和程序的正確性。見下圖

在試加工之前，首先用記號筆標記出螺紋的起刀點，將螺紋的起刀點找正在X軸的正方向上，并找正零件圓心與轉臺的中心重合，基準面為A面，夾緊D面，找正C面跳動不大于0.04mm。以D端面作為對刀點并作為Y軸零點，零件圓心為X軸和Z軸的零點。為了保證螺紋的轉接R值，選用φ40的圓柱銑刀。按程序加工后發現，程序所走的螺旋線是正確的，但該指令只走360°，經過測量銑除一圈螺紋并沒有完全去除不完全螺紋，通過加大程序中的升程數值發現并不能使設備銑多圈的螺旋線，只能采用其它方法。最終用下面的方法解決了此問題：首先用記號筆標記出螺紋的起刀點和完全螺紋的位置，找正時先按照螺紋起刀點在X軸正向的方法找正零件，然后按程序正常銑削，當程序走到完全螺紋標記位置時，將程序停止，查看刀具目前所下的深度，記錄該深度數值，然后旋轉轉臺，將完全螺紋標記位置轉到X軸正向，將該方向定為角向零點。然后將記錄的深度數值代替起始深度值，這樣一來程序就改變為從完全螺紋位置起刀，走一圈就正好銑到完全螺紋的位置，通過調整刀補及深度加工出的零件完全符合要求。

參考文獻

[1]王步高.美國聯邦螺紋標準匯編.民航北京維修基地技術處，1983，2.

[2]卓迪仕.數控技術及應用.國防工業出版社，1997.8.

[3]榮瑞方.數控加工工藝與編程.機械工業出版社，1995.8.

作者簡介：張世巍（1978-），男，籍貫：遼寧鞍山學歷：大學職務：工程師研究方向：航空零件機械加工。