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       摘要: 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體主軸承螺栓孔、曲柄平衡塊螺栓孔等重要螺紋孔的加工是該零件加工的關(guān)鍵工序。應(yīng)用正交試驗(yàn)方法，可以確定螺紋銑削加工中的關(guān)鍵參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)提高加工質(zhì)量與效率的目的。試驗(yàn)以切削線速度、每齒進(jìn)給量和背吃刀量為影響因素，每個(gè)因素選取 3 個(gè)設(shè)計(jì)水平，在三軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行加工試驗(yàn)，并分析試驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果表明，在螺紋銑削加工中參數(shù)的影響大小依次是: 每齒進(jìn)給量，切削線速度，背吃刀量。
 
      關(guān)鍵詞: 螺紋加工; 正交試驗(yàn); 三軸聯(lián)動(dòng)
 
      0 引言
 
      隨著時(shí)代的進(jìn)步，數(shù)控技術(shù)在我國(guó)大中型機(jī)械加工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。螺紋銑削加工主要是指用數(shù)控機(jī)床的螺旋插補(bǔ)功能( G02 /G03) 進(jìn)行螺紋加工的工藝。與傳統(tǒng)的加工方法相比，螺紋銑削工藝具有效率高，精度高，同一把螺紋銑刀可以加工同一螺距的不同尺寸螺紋等優(yōu)點(diǎn)，且加工時(shí)不受加工旋向的限制。另外，由于目前螺紋銑刀的制造材料為硬質(zhì)合金，切削線速度可達(dá) 80 ～ 200m /min［1］，使加工螺紋的表面粗糙度大幅下降。在本項(xiàng)目中，筆者將通過(guò)正交試驗(yàn)確定螺紋銑削的最優(yōu)加工參數(shù)。
 
      正交試驗(yàn)是多因素試驗(yàn)中最簡(jiǎn)單常用的一種試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。人們通過(guò)合理安排試驗(yàn)方案，科學(xué)處理數(shù)據(jù)，利用正交試驗(yàn)中少數(shù)有代表性的試驗(yàn)，找到最優(yōu)方案。正交試驗(yàn)主要包括試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果分析等內(nèi)容。
 
      1、 正交試驗(yàn)方案
 
      1． 1 試驗(yàn)方案的確定
 
      在螺紋銑削加工中，主要的加工參數(shù)包括切削線速度 vc、每齒進(jìn)給量 fz、背吃刀量 ap、銑削長(zhǎng)度和銑削方式( 順銑還是逆銑) 等。在本試驗(yàn)中，選用對(duì)加工質(zhì)量影響較大的切削線速度、每齒進(jìn)給量和背吃刀量作為影響因素。
 
      衡量螺紋加工質(zhì)量的因素有很多，如螺紋牙粗糙度、中徑精度和螺距均勻度等，出于檢測(cè)手段方面的考量，本試驗(yàn)以螺紋牙粗糙度作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。由此根據(jù)正交試驗(yàn)法安排試驗(yàn)，共設(shè)試驗(yàn)影響因素3 個(gè)，每個(gè)因素選取 3 個(gè)水平，因素水平表如表 1 所示。
 
      因?yàn)閱蝹€(gè)因素的自由度為水平數(shù) r － 1，所以本次試驗(yàn)總自由度為 6，試驗(yàn)總數(shù)應(yīng)大于 6，且試驗(yàn)次數(shù)應(yīng)盡量 少［2］，所以選取試驗(yàn)次數(shù)為 9，則 正 交 表 為L(zhǎng)9 ( 34
) ［3］。
  
     

      1． 2 加工試驗(yàn)過(guò)程
 
     本次試驗(yàn)所用機(jī)床為友嘉三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床 Vb-825A，加工對(duì)象為 M27 × 2 的內(nèi)螺紋，加工材料為球墨鑄鐵。本次試驗(yàn)選取山特維克的機(jī)夾式單刃螺紋銑刀作為加工刀具［4］。
 
     加工過(guò)程中為減小刀具與工件的沖擊，采用圓弧切入法，刀具運(yùn)動(dòng)軌跡如圖 1 所示，切削示意圖如圖 2所示。
 
     螺紋銑刀從下刀起始位置 A 開(kāi)始，直線運(yùn)動(dòng)到位置 B，為切進(jìn)工件做準(zhǔn)備。刀具中心從位置 B 沿圓弧BC 從位置 C 切進(jìn)工件開(kāi)始加工，加工結(jié)束后沿圓弧CD 退刀至位置 D。在切削過(guò)程中，螺紋銑刀沿螺旋曲線運(yùn)動(dòng)，繞螺紋軸線沿 X、Y 方向進(jìn)行圓弧插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)在 Z 方向直線運(yùn)動(dòng)，每繞螺紋軸線運(yùn)行一周沿 Z方向移動(dòng)一個(gè)螺距。
加工結(jié)束后，用粗糙度儀測(cè)量粗糙度。

   
  
     1． 3 加工程序的編制
 
     由于本次試驗(yàn)采用單刃刀片，所以加工程序采用了獨(dú)具特色的編程方法。其程序?qū)嵸|(zhì)是將單個(gè)螺距
  
    
  
     高度的加工程序作為子程序［5-6］，然后通過(guò)控制調(diào)用子程序的次數(shù)，完成整個(gè)螺紋的加工，整個(gè)加工過(guò)程分為粗加工和精加工兩次加工完成。加工程序如下。
 
    1． 3． 1 主程序
 
O1111; /程序名
G80G40G69; /固定循環(huán)、半徑補(bǔ)償和旋轉(zhuǎn)指令
G90G54G0X0Y0; /快速定位到原點(diǎn)
M03S1800; /主軸正轉(zhuǎn)
Z5． 0; /快速定位到安全距離
G01Z0; /工進(jìn)到 z0
G42D01G01X － 6Y － 6; /建立刀補(bǔ)，準(zhǔn)備切入
G02X － 13． 5Y0Ｒ10; /圓弧導(dǎo)入
M98P0111L20; /調(diào)用子程序加工開(kāi)始
G90G02X － 6Y6Ｒ10; /圓弧導(dǎo)出
G40G01Z0; /回到 z0
G42G01Y － 6D02; /建立刀補(bǔ)
G02X － 13． 5Y0Ｒ10; /圓弧導(dǎo)入
M98P0111L14; /調(diào)用子程序二次加工
G90G02X － 6Y6Ｒ10; /圓弧導(dǎo)出
G01G50; /退出
M05; /主軸停轉(zhuǎn)
M30; /程序結(jié)束
1． 3． 2 子程序
O0111; /程序名
G91G02I13． 5Z － 2F150; /增量坐標(biāo)編程，刀具每次下降一個(gè)螺距
M99; /返回主程序
主程序中主軸轉(zhuǎn)速 N = 1 000vc /( πd) ，式中 d 為
主軸直 徑。子 程 序 中 F = fzN，同時(shí)通過(guò)改變刀補(bǔ)
D01、D02 可以控制背吃刀量。
 
      2 、結(jié)果分析
 
     正交試驗(yàn)的結(jié)果分析方法有直觀分析、因素指標(biāo)和方差分析等［7-8］。直觀分析法是指比較各因素在不同水平下試驗(yàn)結(jié)果的平均值，直接觀察得出同一因素在不同水平的好壞，從而確定最佳組合。然而，直觀分析法不能把試驗(yàn)條件的改變和隨機(jī)誤差所引起的數(shù)據(jù)波動(dòng)區(qū)別開(kāi)來(lái)，并且沒(méi)有提供一個(gè)所考察因素是否顯著的標(biāo)準(zhǔn)，故本次試驗(yàn)還將采用方差分析法對(duì)影響切削指標(biāo)的控制因素進(jìn)行研究，找到控制因素的最佳組合。
 
     正交試驗(yàn)加工結(jié)果如表 2 所示。
  
           

       
  
       結(jié)語(yǔ)
 
     螺紋銑削是一種基于三軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的新型螺紋加工工藝，在實(shí)際生產(chǎn)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。本次實(shí)驗(yàn)基于正交試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，以螺紋銑削加工中的 3 個(gè)重要參數(shù)為控制因子，以螺紋牙粗糙度為指標(biāo)參數(shù)，并詳細(xì)分析試驗(yàn)結(jié)果，得到了試驗(yàn)因素對(duì)粗糙度影響大小的預(yù)測(cè)模型: 每齒進(jìn)給量 ＞ 背吃刀量 ＞ 切削線速度，并使得加工參數(shù)得以優(yōu)化，得到了最佳參數(shù)組合，對(duì)實(shí)際的加工有一定的指導(dǎo)意義。