一種薄壁多頭螺紋車削加工技術(shù)研究

何小虎 尚琪 李猛 陳巖 李超 候英杰

摘要： 薄壁多頭螺紋鏈產(chǎn)品通常采用數(shù)控銑削加工，易出現(xiàn)加工毛刺大、變形量不易控制、加工效率低等缺點(diǎn)。本文基于數(shù)控車削技術(shù)，研究了薄壁多頭螺紋鏈產(chǎn)品的加工，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明：該方法降低了加工成本，簡(jiǎn)化了加工工藝，解決了數(shù)控銑加工存在的問(wèn)題。

Abstract： Thin-walled multi-threaded chain products are usually processed by CNC milling， which is prone to defects such as large processing burrs， controlling deformation difficultly， and low processing efficiency.Based on numerical control turning technology， this paper studies the processing of thin-walled multi-threaded chain products， and carries out experimental verification. The results show that this method reduces the processing cost， simplifies the processing technology， and solves the problems of CNC milling.

關(guān)鍵詞： 薄壁螺紋;數(shù)控銑削;數(shù)控車削

Key words： thin-walled thread;CNC milling;CNC turning

中圖分類號(hào)：TG659? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）23-0107-02

1? 概述

隨著數(shù)控設(shè)備的普及，對(duì)于圓柱曲面螺旋槽多數(shù)采用數(shù)控銑削的方式進(jìn)行加工。為了滿足產(chǎn)品的使用要求，在加工過(guò)程中要嚴(yán)格保證螺旋槽的深度、寬度和螺旋角（或筋寬）的要求。隨著設(shè)計(jì)要求的不斷提高及生產(chǎn)任務(wù)的日益嚴(yán)峻，采用數(shù)控銑削方式加工圓柱曲面螺旋槽所暴露的問(wèn)題逐漸突顯出來(lái)。本文通過(guò)對(duì)多頭薄壁復(fù)合螺紋鏈產(chǎn)品加工技術(shù)的研究，利用數(shù)控車削技術(shù)解決了圓柱曲面螺旋槽類零件的加工難題，實(shí)現(xiàn)了以車代銑的加工方法。大幅提高產(chǎn)品的加工效率，提升產(chǎn)品的使用功能性，保證產(chǎn)品質(zhì)量可靠性。

2? 典型零件結(jié)構(gòu)

螺旋套是液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)上的重要零件，該零件的形狀如圖1所示。

該零件共9條螺旋槽，每條螺旋槽深3mm，槽寬為4mm，徑寬為2.14mm，槽底與內(nèi)孔的距離只有2mm，該產(chǎn)品的材料為GH4169。螺紋外徑公差0.03mm，內(nèi)孔公差為0.05mm，是典型的復(fù)合螺紋鏈薄壁類零件。

零件的材料為GH4169，其特性是GH4169合金在

-253～650℃溫度范圍內(nèi)具有良好的綜合性能，650℃以下的屈服強(qiáng)度居變形高溫合金的首位，并具有良好的抗輻射、抗氧化、抗疲勞、耐腐蝕性能，以及良好的焊接性能和加工性能，但工件材料硬，采用固溶處理，其硬度高、強(qiáng)度大、導(dǎo)熱性差、易產(chǎn)生加工硬化等特性。

3? 傳統(tǒng)銑削加工工藝分析

該類型零件的加工，傳統(tǒng)的加工方法是在四軸加工中心上，用一直徑等于槽寬的銑刀、利用工裝裝夾采用端面壓緊的方式，采用順銑的方式、先將第一條槽的深度3mm加工到尺寸再進(jìn)行下一條槽的加工，依次加工完成。

銑削加工是斷續(xù)切削，加工過(guò)程中產(chǎn)生較大的沖擊力使切削力增大，導(dǎo)致產(chǎn)品嚴(yán)重變形。由于零件是薄壁類零件，且精度要求高、公差只有0.03mm，極易出現(xiàn)產(chǎn)品超差。銑削加工過(guò)程中因銑削特性導(dǎo)致復(fù)合螺紋的牙頂出現(xiàn)翻邊毛刺，即使專業(yè)鉗工去除毛刺，仍會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)報(bào)廢，給生產(chǎn)進(jìn)度帶來(lái)了很大的難度。而且零件加工周期長(zhǎng)，需要進(jìn)行車～銑～鉗等工序，不管是零件的周轉(zhuǎn)還是零件的加工都增加了生產(chǎn)成本。

4? 改進(jìn)后數(shù)控車削加工工藝分析

4.1 刀具選擇與裝夾

零件材料為GH4169，且采用固溶處理，具有的特性是硬度高、強(qiáng)度大、導(dǎo)熱性差、易產(chǎn)生加工硬化，根據(jù)其特性在現(xiàn)有的加工條件下我們采用鎢鈷類硬質(zhì)合金刀具，為了減小切削力刀具必須保持鋒利，因其加工的產(chǎn)品是大導(dǎo)程復(fù)合螺紋鏈，在加工過(guò)程中存在很大的切削抗力，所以要在保證鋒利的基礎(chǔ)上最大限度的增加刀頭強(qiáng)度為原則。左側(cè)后角?。?°～5°）+？準(zhǔn)，右側(cè)后角?。?°～5°）-？準(zhǔn)，前角?。?5°～20°）。

刀具裝夾時(shí)應(yīng)保證刀具中心軸線在螺旋線的法向上，這需要保證兩點(diǎn)：一是保證切削刃在零件外圓的最高點(diǎn)，一是保證刀具偏角與螺旋升角θ值一致。前者可以通過(guò)調(diào)整刀具的中心高來(lái)實(shí)現(xiàn)，后者則需要調(diào)整刀具的偏角來(lái)實(shí)現(xiàn)。調(diào)整刀具偏角有兩種方式，一是刀刃與刀桿本身偏角θ;一是刀刃與刀桿平行，加工中調(diào)整刀桿偏角。由于GH4169材料難切削的特點(diǎn)，需要盡量保證刀具的剛性，而刀刃與刀桿偏角的方式存在兩個(gè)明顯的弊端：刀具剛性難以保證和偏角θ難以保證。因此刀具只能選擇刀刃與刀桿平行，加工中調(diào)整刀桿偏角的方式。

確定刀具形式后，應(yīng)選取較小的刀具后角，以防止刀具折斷;選取適中的刀具前角，緊要保證切削刃足夠鋒利，同時(shí)不會(huì)出現(xiàn)蹦刃現(xiàn)象。在保證刀具角度的前提下盡量保證刀具的厚度，以增強(qiáng)刀具的剛性。刀具安裝角度如圖2所示。

4.2 切削參數(shù)的選擇

在螺紋加工過(guò)程中，切削用量中影響加工的主要是主軸轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速高低會(huì)影響螺紋兩側(cè)面表面粗糙度，毛刺的大小，變形量大小、刀具壽。在加工程序不變的情況下通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比（表1）得出主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)為50r/min～60r/min效果最好。

加工效果對(duì)比：

4.3 控制變形與變形

螺紋加工時(shí)采用螺紋分層車削，且粗精車分開(kāi)加工車削過(guò)程中徑向進(jìn)刀深度為每次0.1mm，粗加工時(shí)進(jìn)刀時(shí)先由螺旋槽中間車一刀，9條槽車完，再向右平移（槽寬-刀寬）/2，再左平移（槽寬-刀寬）/2，一層車削完成后再向徑向進(jìn)刀，直至把槽深車到。螺紋的大徑粗加工時(shí)，留0.2mm精加工余量，加工內(nèi)孔也進(jìn)行粗加工留0.2mm精加工余量，螺紋鏈加工完成后再進(jìn)行內(nèi)外形的精加工。

5? 加工試驗(yàn)驗(yàn)證

采用數(shù)控車床對(duì)零件開(kāi)始加工，與傳統(tǒng)的加工程序相比較，宏程序的使用是手工編程的精髓所在，用簡(jiǎn)潔合理的小容量數(shù)控程序指令，不僅可以最大限度地發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的加工效率，還能彌補(bǔ)CAM軟件自動(dòng)編程中存在的不足。

通過(guò)對(duì)零件加工過(guò)程的分析和邏輯計(jì)算，編寫(xiě)零件加工的宏程序如下：

程序：#1=0（X方向初始值）;

N5#1=#1-0.1（X方向背吃刀量）;

#2=10（Z方向起刀點(diǎn)）;

N10 G92X[55+#1] Z-14 F46.2;

#2=#2+5.14（Z方向右平移一個(gè)螺距）;

G0 X57 Z[#2];

IF[#2LE51.12]GOTO10（判斷1號(hào)刀平移循環(huán)）;

G0 X57 Z10;

#2=10;

N20 #3=#2+0.73（Z方向右平移 槽寬-刀寬/2）;

#4=#2-0.73（Z方向左平移）;

IF[#2LE51.12]GOTO20（判斷2，3號(hào)刀平移循環(huán)）;

G0X57 Z10;

IF[#1GT-6]GOTO5（判斷X方向余量循環(huán)）;

表2為銑削加工和車削加工技術(shù)對(duì)比，從表可知：車削方法代替銑削加工的工藝，工藝方案得到了優(yōu)化，質(zhì)量得到了提高，節(jié)約了生產(chǎn)時(shí)間、加工成本，提高加工效率。

6? 結(jié)論

本文基于薄壁多頭復(fù)合螺紋鏈產(chǎn)品，制定合理的加工方案，采用數(shù)控車削技術(shù)加工代替?zhèn)鹘y(tǒng)數(shù)控銑削加工。試驗(yàn)結(jié)果表明：數(shù)控車削技術(shù)工藝方案可行，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，加工效率高。

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