摘 要: 傳統(tǒng)的螺紋加工工藝已不能滿足現(xiàn)代化的高精度、大規(guī)模的生產(chǎn)需要。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)控加工系統(tǒng)的出現(xiàn),使更先進(jìn)的螺紋加工方式數(shù)控銑削得以實(shí)現(xiàn)。通過工藝分析和試驗(yàn)驗(yàn)證,內(nèi)螺紋銑削加工工藝成功地應(yīng)用在CRH2 動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架牽引拉桿M36 螺紋的加工上,并獲得良好的效果。
引言
CRH2 型動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架與車體連接的牽引拉桿,采用M36 螺紋與拉桿座連接,是動(dòng)車組傳遞牽引力的重要部件。傳統(tǒng)的螺紋加工方法主要采用螺紋車刀車削螺紋,絲錐、板牙、機(jī)械攻絲、手工攻絲及套扣等,這種加工方式效率低,成品率不高,也不適合牽引拉桿內(nèi)螺紋的加工工藝要求。牽引拉桿的內(nèi)螺紋加工在整個(gè)轉(zhuǎn)向架生產(chǎn)過程中成為難點(diǎn)。為
此,開展了數(shù)控銑削技術(shù)在CRH2 型動(dòng)車組牽引拉桿內(nèi)螺紋加工中的應(yīng)用研究。
1 、數(shù)控螺紋銑削工藝
數(shù)控機(jī)床是一種典型的機(jī)電一體化加工設(shè)備,它綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)及精密機(jī)械等高新技術(shù)產(chǎn)品,具有很高的技術(shù)密集度和自動(dòng)化水平 。數(shù)控機(jī)床能夠完成普通機(jī)床難以完成或根本不能完成的復(fù)雜曲面加工,具有零件加工精度高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、自動(dòng)化程度極高的優(yōu)勢(shì),而且可減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度,提高生產(chǎn)效率。
1.1 螺紋銑削原理
螺紋銑削的原理是,利用機(jī)床三軸聯(lián)動(dòng)功能,實(shí)現(xiàn)螺旋插補(bǔ)功能,由機(jī)床控制刀具實(shí)現(xiàn)螺旋軌跡,螺紋由平面圓弧插補(bǔ)和垂直于該平面的線性運(yùn)動(dòng)聯(lián)動(dòng)形成,即在1 個(gè)圓周的插補(bǔ)過程中,利用刀具的幾何形式,結(jié)合刀具沿軸向移動(dòng)1 個(gè)螺距的運(yùn)動(dòng),形成所需要的螺紋。銑削螺紋軌跡如圖1 所示。
圖1 銑削螺紋軌跡
1.2 數(shù)控銑削工藝與傳統(tǒng)工藝加工螺紋的比較隨著三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工系統(tǒng)的出現(xiàn),數(shù)控銑削螺紋技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。目前常規(guī)的內(nèi)螺紋銑削加工、外螺紋銑削加工工藝已廣泛應(yīng)用,由于其受刀具的限制小,加工范圍廣,特別適用于構(gòu)架、模具、箱體類零部件的螺紋加工。
螺紋銑削加工在加工精度、加工效率方面與傳統(tǒng)螺紋加工相比,具有極大優(yōu)勢(shì),主要體現(xiàn)在以下6 個(gè)方面:
(1)螺紋銑刀不受螺紋結(jié)構(gòu)和螺紋旋向的限制,可加工多種不同旋向的內(nèi)、外螺紋。
(2)螺紋銑刀的耐用度比絲錐有了極大提升。
(3)銑削螺紋過程中,可以方便地調(diào)整螺紋直徑。
(4)螺紋銑刀能接近盲孔或通孔的底部,而且能實(shí)現(xiàn)大螺紋孔徑的加工。
(5)螺紋銑刀能夠有排屑的空間,費(fèi)屑不會(huì)影響加工過程。在加工低碳鋼等易于產(chǎn)生連續(xù)長(zhǎng)切屑的材料時(shí),不會(huì)造成切屑難以排出的問題。
(6)螺紋銑刀刀具可以實(shí)現(xiàn)各種形式的孔加工。
2 、M36螺紋銑削加工工藝的確定
2.1 既有M36螺紋加工工藝
(1)鏜床鉆攻工藝,采用絲錐攻絲。這種加工工藝,工藝分散。對(duì)于轉(zhuǎn)向架牽引拉桿部位的螺紋,需要特制加長(zhǎng)刀桿,絲錐使用前還需進(jìn)行試驗(yàn),而且對(duì)操作人員技能要求較高,成品合格率無法滿足生產(chǎn)要求。
(2)數(shù)控設(shè)備加工,分采用絲錐攻絲和螺紋銑削。一方面,采用絲錐加工前需要試驗(yàn);另一方面,排屑和冷卻不理想。更重要的是,由于大多數(shù)數(shù)控設(shè)備采用剛性攻絲,沒有彈性補(bǔ)償量,即使采用彈性攻絲,對(duì)絲攻夾具的要求也非常高。特別是加工較大孔徑時(shí),由于扭矩過大,容易造成刀具折斷,成品合格概率也無法滿足要求。
(3)手工完成攻絲。這種工藝通常在M12 以下螺紋采用。對(duì)于M36 螺紋,采用手工攻絲,對(duì)操作者技能要求很高,時(shí)間長(zhǎng),體力消耗大,成品合格率不穩(wěn)定。
2.2 工藝優(yōu)化與確定
通過對(duì)現(xiàn)有M36 螺紋加工工藝的分析,認(rèn)為可進(jìn)行以下優(yōu)化:優(yōu)先采用數(shù)控螺紋銑床完成對(duì)CRH2動(dòng)車組牽引拉桿M36 螺紋的銑削加工,直徑方向上留0.02 mm 余量,然后由鉗工進(jìn)行螺紋疏通。受刀具結(jié)構(gòu)的制約,在銑削螺紋時(shí),刀具刀桿會(huì)產(chǎn)生微小變形。再加上刀片自身制造誤差(一般為±0.025 mm)的影響,在沒有對(duì)刀儀精確測(cè)定刀具半徑值的情況下,采用螺紋銑刀1 次完成螺紋銑削,存在一定風(fēng)險(xiǎn)。因此,如果在直徑方向留出0.02 mm 余量,用以消除刀具誤差因素,銑削的1 次合格率約為30%。對(duì)于剩余的70% 成品,還具有改善的余量,此時(shí)可由鉗工再進(jìn)行手工螺紋疏通作業(yè)[6]。該工序?qū)と思寄芤笙鄬?duì)較低,使得成品合格概率遠(yuǎn)大于既有的3 種加工工藝。此種工作能夠使得M36 螺紋的加工合格概率近100%。
3 、螺紋刀具的選擇
3.1 螺紋銑刀類型
在螺紋銑削加工中,螺紋銑削刀具與三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是2 個(gè)重要因素,發(fā)揮著不可或缺的作用 。常見的螺紋銑刀主要有以下3 種。
3.1.1 圓柱螺紋銑刀
從外形上來看,圓柱螺紋銑刀像是螺紋絲錐與圓柱立銑刀的結(jié)合體。這種刀具上無螺旋升程,在加工中的螺旋升程依靠機(jī)床運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。這種刀具可加工左旋和右旋螺紋,通常用于鋼鐵和有色金屬材料的中小直徑螺紋銑削,特點(diǎn)是切削平穩(wěn)、耐用度高。由于圓柱螺紋銑刀更適用于較大螺距螺紋的加工,因此,不推薦用于牽引拉桿M36 螺紋的加工。
3.1.2 機(jī)夾螺紋銑刀
機(jī)夾螺紋銑刀是一種可以將刀桿和刀片進(jìn)行拆分的螺紋刀。刀桿材料是工具鋼和高碳鋼,刀片材料是硬質(zhì)合金,刀桿和刀片之間依靠螺釘鎖緊。機(jī)夾螺紋銑刀適用于直徑25 mm 以上螺紋的加工,螺紋刀片可用來雙面切削。這種刀片制作簡(jiǎn)單,價(jià)格低。機(jī)夾螺紋銑刀的缺點(diǎn)是抗沖擊性能較差,工作時(shí)需注意對(duì)刀具溫度進(jìn)行控制,并應(yīng)盡量避免沖擊
切削。
3.1.3 組合式多工位專用螺紋鏜銑刀
組合式多工位專用螺紋鏜銑刀的優(yōu)點(diǎn)是一刀多刃,可以同時(shí)完成多角度、不同方位的加工,顯著提高生產(chǎn)效率。組合式多工位專用螺紋鏜銑刀通常應(yīng)用于工件需同時(shí)加工多種形狀的情況,如同時(shí)加工內(nèi)螺紋、倒角和平臺(tái)等。但由于這種刀具結(jié)構(gòu)復(fù)雜,因此成本很高,且故障率也較高。
3.2 刀具規(guī)格的確定
根據(jù)上述刀具的特點(diǎn),并考慮成本因素,最終選擇機(jī)夾螺紋銑刀,使用成型刀片,刀片可雙面切削。銑刀的具體規(guī)格是:刀桿型號(hào)為TMC25-5,刀片型號(hào)為HYPRO PLANET CUTTER 5I4.0ISOTM028(公制內(nèi)螺紋,插入尺寸為15.875 mm,螺距4.0 mm,雙面可切削)。
4 、結(jié)語
通過CRH2 動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架牽引拉桿螺紋加工工藝的分析以及試驗(yàn)驗(yàn)證,采用數(shù)控螺紋銑削加工工藝,可靠性強(qiáng),效率高,螺紋質(zhì)量穩(wěn)定。牽引拉桿M36 螺紋的加工質(zhì)量得到很好的控制,成品率達(dá)到100%。在冷卻良好的狀態(tài)下,刀片使用壽命較長(zhǎng),切削距離可達(dá)到5 m。
新工藝的推進(jìn),不僅保證了產(chǎn)品的質(zhì)量與生產(chǎn)效率,也充分發(fā)揮了數(shù)控機(jī)床的優(yōu)勢(shì),對(duì)于小批量工件,具有轉(zhuǎn)型快、受刀具限制小、成本低的特點(diǎn);對(duì)于批量生產(chǎn),具有產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,對(duì)操作人員的手工操作技能要求較低的特點(diǎn)。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中,操作者能否合理、恰當(dāng)?shù)厥褂迷O(shè)備,也決定著數(shù)控機(jī)床優(yōu)點(diǎn)的發(fā)揮,因此,操作人員應(yīng)努力提高
業(yè)務(wù)素質(zhì),嚴(yán)格遵守操作規(guī)程,并按照維護(hù)計(jì)劃做好設(shè)備的保養(yǎng)工作 。
詳細(xì)作者信息如下:
1,魏薇 高寶杰 南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司
2,董成文 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量研究所
3,曹源 北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院
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