大螺距異型螺旋面零件數控車削刀具及加工參數研究

范存輝　劉明榜

摘要：針對小批量試制加工、控制加工成本的工藝要求，分析大螺距異型螺紋面的加工難點，設計刀具并優化加工參數，加工的零件滿足產品圖樣要求、質量穩定，取得良好的經濟效益。

關鍵詞：大螺距異型螺紋面；數控車削刀；參數

1 技術背景

某型壓縮泵為我廠試制生產的航空類低壓油泵類產品。導流器零件作為其重要零件，加工工藝需在兼顧降低生產成本的同時，滿足小批量加工，加工周期短的要求。

2 技術難點

如圖1為導流器零件的示意圖。零件為大螺距異型螺旋面零件，螺紋面牙型角5.25°，導程為58mm。螺紋牙型不符合國家標準，如采用成型刀具加工，需訂制專用刀具，必然造成加工成本攀升、加工周期過長。其次，螺紋面牙頂距牙底的高度為17.75mm，要求切削刃長度較大，刀具剛性受限制。牙頂厚1.4mm，零件剛性較差。如加工參數不合理，易發生振刀，表面質量難以保證。

3 相應的解決方案

3.1 自制車刀的設計

（1）刀具材料的選擇：

零件材料為LY11-CZ，為高強度鋁合金，材料塑性較強，被切削時易形成切削瘤，不易保證良好的表面質量。高速鋼車刀（W18Cr4V）具有易磨削、切削刃鋒利、加工表面質量好、成本低等的特點，在兼顧經濟型的同時滿足加工要求。故選用高速鋼（w18Cr4V）手磨刀具。

（2）刀具形狀的選擇：

加工該零件時選用宏程序擬合法來加工，擬合法加工異形螺紋是通過不斷改變刀具的起點位置對螺紋進行趕刀加工，逐點逼近實際螺紋輪廓。以齒高為變量控制徑向進刀，通過計算確定相應半徑處的齒型寬度，并以齒寬參數為軸向進給變量，以刀刃寬度減去進給增量為軸向進給增量控制軸向進給。根據此加工方法，結合零件結構特征，刀具形狀如圖2所示，L1為刀具寬度，L2為切削刃長度。

（3）刀具幾何參數的選擇：

形成螺旋面的螺旋線為雙頭左旋螺旋線，其導程為58mm。螺旋面螺旋升角ψ最大值為24.79°，必須考慮螺旋升角對刀具幾何角度的影響。因此加工螺紋面的副后角α01=5°+ψmax=29.79°、副后角α02=5°、副偏角Kγ01=5°、副偏角K γ‘02=5°（如圖3所示）。根據零件材料，選擇刀具主偏角Kγ=0°、前角γ0=8～10°、后角α0=5°。

3.2 確定合理的加工參數

轉速S、進給量f的選擇：

螺紋加工程序段中指令的螺距即為主軸每轉一轉刀具應均勻地移動一個導程的距離，如果機床的主軸轉速選擇過高則換算后的進給速度會超過機床參數所允許的最大進給量，此時會發生機床按照極限螺距（極限螺距=最大進給量/轉速）來加工會造成所加工螺旋線螺距錯誤。針對所用設備最大進給量為12m/min，所有選取200r/min，根據公式Vf=n*f換算后得出進給量為11.6m/min。

進給方式、背吃刀量ap的選擇：

大導程螺紋的車削方法分為直進法（圖a）、斜進法（圖b）、左右車削法（圖c）、車階梯槽法（圖d）和分層切削法（圖e）。采用分層切削法時刀具工作平穩，不易扎刀或產生振動，另一方面它將大導程螺旋面的切削進刀過程規律化，便于采用宏程序編制數控程序。受零件表面粗糙度Ra≯3.2的限帶，ap=0.1mm。

3.3 取得成果

加工的零件合格率100%，加工周期比預期相比縮短30%；刀具成本降低90%。

4 結語

此加工案例中利用自制刀具和選擇合理的加工參數，保證零件加工精度，縮短了加工周期，得到了顧客的認可和好評，并大大降低了加工成本，帶來了較好的經濟效益。