旋風(fēng)銑削在螺旋件中的應(yīng)用研究

劉順華（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,天津 300222）

旋風(fēng)銑削在螺旋件中的應(yīng)用研究

劉順華
（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,天津 300222）

旋風(fēng)銑削是一種相對先進(jìn)的加工方法，加工螺旋件零件具有許多優(yōu)點(diǎn)。本文分析了旋風(fēng)銑削的工作原理、加工優(yōu)勢和影響旋風(fēng)銑削加工精度的因素。著重介紹了CNC旋風(fēng)銑削工藝的應(yīng)用。提出了旋風(fēng)銑削是目前精密螺紋高效制造中提高質(zhì)量降低成本的優(yōu)先方向。

旋風(fēng)銑；螺紋加工；硬銑削；螺旋體

隨著航空工業(yè)和醫(yī)療行業(yè)的快速發(fā)展，對為之配套的像螺釘樣的螺旋類零件提出了越來越多的需求。螺紋的傳統(tǒng)加工方式如采用螺紋車刀、滾齒加工等都存在生產(chǎn)成本高、加工效率低、表面粗糙度大等問題。旋風(fēng)銑削加工具有加工效率高、工件表面質(zhì)量好、加工成本低及綠色環(huán)保等特點(diǎn)，正成為螺旋件加工領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)。目前旋風(fēng)銑削與高效加工技術(shù)的結(jié)合與應(yīng)用在精密螺紋高效制造中得到了迅速的發(fā)展，并且旋風(fēng)銑削可以加工像不銹鋼和鈦合金類的難切削材料，使得旋風(fēng)銑削具有強(qiáng)大的生命力和廣闊的應(yīng)用前景。

1 旋風(fēng)銑削的工作原理

旋風(fēng)銑削是通過工件與刀具的旋轉(zhuǎn)組合來執(zhí)行加工的（如圖1所示）。機(jī)床夾持工件在刀盤內(nèi)完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；刀具夾持在旋轉(zhuǎn)刀盤上高速旋轉(zhuǎn)完成切削運(yùn)動(dòng)，在工件上銑削出螺紋。安裝在刀盤上的多把成形刀，借助刀盤旋轉(zhuǎn)中心與工件中心的偏心量來完成漸進(jìn)式高速加工。在銑削過程中，刀具旋轉(zhuǎn)形成切削環(huán)的軸線與工件旋轉(zhuǎn)中心軸線有一個(gè)夾角，這個(gè)夾角大小等于螺紋的螺旋升角，根據(jù)需要加工左、右螺紋，只需調(diào)整螺紋升角大小和方向。刀盤中心與工件中心的偏心量，使每次切削時(shí)只能有一把刀具參與切削，使未進(jìn)行切削的刀具具有時(shí)間散熱，有利于延長刀具的使用壽命。工件旋轉(zhuǎn)一周，刀盤在工件軸線方向上走一個(gè)螺距。旋風(fēng)銑削產(chǎn)生的切屑兩端薄，中間厚，似“逗號”形，且以很高的速度排出，帶走大量的熱量，切削速度越大，帶走的熱量越多，通常在90%以上，有利于提高零件表面質(zhì)量。旋風(fēng)銑削采用空壓強(qiáng)冷干切削而不使用難以處理的切削液，它是一種高效綠色制造技術(shù)。

圖1 螺紋旋風(fēng)銑削運(yùn)動(dòng)示意圖

2 旋風(fēng)銑削加工優(yōu)勢

（1）旋風(fēng)銑削刀具和工件同時(shí)旋轉(zhuǎn)，且有多把刀參與切削，因此具有更高的加工效率[1]；

（2）任何類型的螺紋無論單線或多線，左旋或右旋都可用旋風(fēng)銑削生產(chǎn)；

（3）斷續(xù)切削方式使刀具切削阻力大大減小，消耗動(dòng)力小，切屑不連續(xù)，容易清理，刀具冷卻好，延長使用壽命；

（4）與其他方式如螺紋銑削、螺紋滾壓相比較，旋風(fēng)銑削不僅操作方便，生產(chǎn)更快，成本更低，并具有較少的處理，能得到更好的公差值。工件表面粗糙度一般可達(dá)Ra6.3～Ra1.6μm，可完全消除了對螺紋的后續(xù)磨削步驟；可實(shí)現(xiàn)螺紋的“一次過”成形。

3 影響旋風(fēng)銑削加工精度的因素

旋風(fēng)銑削是一個(gè)復(fù)雜的復(fù)合運(yùn)動(dòng)過程，刀盤旋轉(zhuǎn)速度、工件旋轉(zhuǎn)速度、偏心量、刀具數(shù)量、轉(zhuǎn)速比、工件半徑和刀具旋轉(zhuǎn)半徑等對旋風(fēng)銑削具有影響[2]。除上述參數(shù)外，由熱變形引起的導(dǎo)程誤差，刀具磨損引起的螺紋中徑誤差，刀盤偏轉(zhuǎn)角調(diào)整誤差和整個(gè)工藝系統(tǒng)的動(dòng)剛度要求都可產(chǎn)生影響。其中銑床的動(dòng)態(tài)特性對螺紋旋風(fēng)銑削精度影響較大。

4 CNC旋風(fēng)銑削工藝技術(shù)的應(yīng)用

旋風(fēng)銑削最常見的做法是把一套旋風(fēng)銑頭安裝在普通車床上，此方法主要用于一般鋼材各種螺紋的軟銑[4]，加工出的產(chǎn)品無法滿足高精度要求。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，以及硬銑削和復(fù)雜曲面銑削等技術(shù)的不斷突破，磨具設(shè)計(jì)、切削材料和機(jī)床系統(tǒng)的最新進(jìn)展使得旋風(fēng)銑削技術(shù)有了更大的進(jìn)步，復(fù)雜螺紋操作比如具有很長螺距或很寬輪廓都可以容易地加工，還能夠?qū)?0ΗRC以上的硬材料進(jìn)行加工并達(dá)到較高的加工精度和加工質(zhì)量。

CNC控制與旋風(fēng)銑削的結(jié)合使得生產(chǎn)率大幅度提高，最近推出的插件系統(tǒng)，大大降低了刀具轉(zhuǎn)換和參數(shù)設(shè)置時(shí)間，相比較傳統(tǒng)螺紋銑削或滾齒機(jī)加工螺紋，效率提高四倍以上。在CNC旋風(fēng)銑削中，先進(jìn)的刀片材料、精密的刀具和刀盤制造技術(shù)提供了必要條件。比如聚晶立方氮化硼PCBN刀片。新型的CNC旋風(fēng)銑床強(qiáng)化了機(jī)床-工件-刀具系統(tǒng)的動(dòng)剛度（也包括機(jī)床安裝的牢固度）[3]，先進(jìn)的強(qiáng)冷技術(shù)使高速旋風(fēng)銑削具有良好的排屑和散熱條件增加了刀具使用壽命，提高了進(jìn)給速度，降低了表面粗糙度值。因此把CNC控制和旋風(fēng)銑削有效的結(jié)合能有助于旋風(fēng)銑削技術(shù)的進(jìn)步，具有重要的經(jīng)濟(jì)意義和應(yīng)用價(jià)值。

5 結(jié)束語

從切削機(jī)理上看旋風(fēng)銑削是一種近似切削方法，對小螺距的桿件有著非常好的加工效果。相比較傳統(tǒng)螺紋加工方法如銑削螺紋、滾壓螺紋，旋風(fēng)銑削能夠減少60%或以上加工步驟。總的來說更好的研究旋風(fēng)銑削加工技術(shù)，對企業(yè)降低成本和提升質(zhì)量意義重大。

[1]遲忠德.滾珠絲杠螺紋旋風(fēng)硬銑削工藝的改進(jìn)研究[J].成組技術(shù)與生產(chǎn)現(xiàn)代化,2010(04):36-38.

[2]譚立新,劉軍安.旋風(fēng)銑削運(yùn)動(dòng)的矢量建模[J].湖南工程學(xué)院學(xué)報(bào),2001,11(02):46-49.

[3]黃祖堯.CNC螺紋旋風(fēng)硬銑削[J].機(jī)械工人（冷加工），2004(09):26-28.

[4]李軍,鄧順賢.螺紋旋風(fēng)硬銑削技術(shù)研究及應(yīng)用[J].精密制造與自動(dòng)化,2012(04):3-5

劉順華（1985-），男，河南扶溝人，研究生在讀，研究方向：高速、高效、高精加工。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.016