汽車(chē)中橋減速器外殼螺紋數(shù)控銑削加工技術(shù)研究
2020-4-21 來(lái)源：包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)控技術(shù)系 作者：陳 雪
摘要: 螺紋銑削是目前較先進(jìn)的螺紋加工方法，較傳統(tǒng)的螺紋加工方法具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。不僅可以更加高效的加工出精度和質(zhì)量更好的螺紋，而且是降低螺紋加工成本和工人勞動(dòng)強(qiáng)度的有效方法。主要論述了螺紋加工方法和螺紋銑刀的選擇以及螺紋銑的特點(diǎn)，并結(jié)合平時(shí)工作中的加工經(jīng)驗(yàn)和收集到的一些資料，以汽車(chē)中橋減速器外殼上的內(nèi)螺紋銑削為例，以標(biāo)準(zhǔn)編程實(shí)例方式加以探討，希望能起到拋磚引玉的作用，能對(duì)各位讀者一些啟發(fā)。
關(guān)鍵詞: 螺紋銑削; 數(shù)控銑削; 加工
0 引言
隨著數(shù)控加工技術(shù)的快速發(fā)展，螺紋加工方法已經(jīng)不再拘泥于采用絲錐、板牙手工攻絲或套扣等傳統(tǒng)的螺紋加工方法。螺紋銑削是目前較先進(jìn)的螺紋加工方法，較傳統(tǒng)的螺紋加工方法具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。尤其是對(duì)汽車(chē)減速器行業(yè)中的大直徑螺紋加工而言，是以往困難而費(fèi)時(shí)的螺紋加工得到了很大的改變。不僅可以更加高效的加工出精度和質(zhì)量更好的螺紋，而且是降低螺紋加工成本和工人勞動(dòng)強(qiáng)度的有效方法。
本文主要論述了螺紋加工方法和螺紋銑刀的選擇以及螺紋銑的特點(diǎn)，并結(jié)合平時(shí)工作中的加工經(jīng)驗(yàn)和收集到的一些資料，以汽車(chē)中橋減速器外殼上的內(nèi)螺紋銑削為例，以標(biāo)準(zhǔn)編程實(shí)例方式加以探討，希望能起到拋磚引玉的作用，能對(duì)給位讀者一些啟發(fā)。
1 、螺紋加工方法的選擇
在機(jī)械制造中加工螺紋孔的方法有很多種，其中包括有攻螺紋、螺紋擠壓成形、套扣、螺紋車(chē)刀車(chē)削螺紋等。其中攻螺紋是一種常用的加工螺紋的方法。但是攻螺紋主要用在小孔的螺紋加工上。對(duì)于大直徑螺紋用絲錐加工時(shí)，需要大功率的機(jī)床驅(qū)動(dòng)。當(dāng)攻螺紋的孔徑超過(guò) 20mm 甚至 100mm 的孔時(shí)，就增加了出現(xiàn)斷裂的危險(xiǎn)，如果絲錐斷在被加工螺紋孔時(shí)，堵塞螺紋孔，可能會(huì)報(bào)廢昂貴的工件。還有對(duì)于一些有特殊結(jié)構(gòu)要求的不允許有過(guò)渡扣或退刀槽等特殊要求的零件時(shí)，傳統(tǒng)的螺紋加工方法也是很難進(jìn)行有效地加工的。因此，對(duì)于公稱直徑較大的螺紋加工或特殊結(jié)構(gòu)要求的螺紋加工，如沒(méi)有過(guò)渡扣或退刀槽結(jié)構(gòu)的螺紋，最好的加工方法就是螺紋銑削。
2、 螺紋銑刀的選擇
螺紋銑削加工方法采用的是專用刀具—螺紋銑刀。目前，最常用的螺紋銑刀主要有兩種類型，一種是整體式( 如圖 1 所示) ，另一種是機(jī)夾式( 如圖 2所示) 。整體式螺紋銑刀主要應(yīng)用在螺紋直徑在16mm 以下的螺紋加工。機(jī)夾式螺紋銑刀主要應(yīng)用在螺紋直徑在 16mm 以上的螺紋加工。整體式螺紋銑刀的外形很像圓柱立銑刀與螺紋絲錐的結(jié)合體，但它的切削刃與絲錐不同，刀具上無(wú)螺紋升程，加工中的螺紋升程依靠機(jī)床插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，因此左右螺紋都可以加工［2］。
圖 1 整體螺紋銑刀
圖 2 機(jī)夾式螺紋銑刀
3 、螺紋銑的特點(diǎn)
3． 1 螺紋銑的優(yōu)勢(shì)
螺紋銑作為一種先進(jìn)的螺紋加工工藝，與傳統(tǒng)的攻絲加工工藝相比，具有很多的優(yōu)勢(shì)。
（1) 加工質(zhì)量?jī)?yōu)于攻螺紋。由于螺紋銑削加工進(jìn)給方向和攻螺紋的進(jìn)給方向相反，是在孔底開(kāi)始并向上移動(dòng)，銑刀被帶到孔的底部，斜著下去，然后開(kāi)始切削，沿 360°拉升并斜向切出，能提供足夠的空間讓切削掉下，螺紋質(zhì)量較高。
(2) 由于目前螺紋銑刀的制造材料為硬質(zhì)合金，加工線速度要比高速鋼絲錐高很多，故采用螺紋銑削，加工精度高，且加工效率高。
(3) 一把螺紋銑刀可以通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)加工左、右旋向的內(nèi)、外螺紋，且不受螺紋結(jié)構(gòu)的限制。
(4) 有了螺紋銑削可得到 100% 的螺紋深度，更重要的是螺紋銑被認(rèn)為比攻螺紋更安全。如果螺紋銑刀斷裂，它將往下掉在孔里，不會(huì)破壞工件，取出即可，不會(huì)導(dǎo)致零件報(bào)廢。故采用螺紋銑，切削力大幅度降低，這一點(diǎn)對(duì)大直徑螺紋加工時(shí)，尤為重要，解決了機(jī)床負(fù)荷太大，無(wú)法驅(qū)動(dòng)絲錐正常加工的問(wèn)題［3］。
(5) 對(duì)于加工高硬度材料和高溫材料，如鈦合金等。螺紋銑同樣顯出非常優(yōu)異的加工性能和超乎預(yù)期的長(zhǎng)壽命。
(6) 如果加工公稱直徑不同、螺距相同的螺紋，絲錐和螺紋銑相比，在成本上絲錐高。因?yàn)樾枰煌睆降慕z錐才能完成，但采用螺紋銑刀只需一把刀具通過(guò)數(shù)控程序就可實(shí)現(xiàn)。
3． 2 螺紋銑的劣勢(shì)
雖然螺紋銑是一種先進(jìn)的螺紋加工工藝，有諸多優(yōu)點(diǎn)，但螺紋銑也不是沒(méi)有缺點(diǎn)及自身的局限性。
(1) 螺紋銑削加工所用數(shù)控機(jī)床必須具備三軸聯(lián)動(dòng)且具有螺旋線插補(bǔ)功能。
(2) 如果螺紋直徑較小，但深度又比較大的情況下，考慮到加工剛性和讓刀的問(wèn)題，仍然適合絲錐加工。
(3) 銑螺紋的方式受到機(jī)床銑圓精度的影響比較大。
(4) 螺紋銑刀的價(jià)格比絲錐昂貴，單件生產(chǎn)時(shí)不適合采用螺紋銑。
綜上所述，目前螺紋銑僅僅適用于大直徑的螺紋的加工，且這種加工主要應(yīng)用于箱體或殼體類零件上。
4、 螺紋銑削加工實(shí)例分析
汽車(chē)減速器外殼上的螺紋孔很多通常都是成組呈均勻分布或?qū)ΨQ分布。如圖 3 所示為汽車(chē)中橋減速器外殼加工示意圖，加工 2 × M142 × 1． 5 － 5H 的內(nèi)螺紋孔，螺紋孔深 22mm。由于螺紋直徑較大，傳統(tǒng)的攻螺紋是無(wú)法滿足的，必須使用螺紋銑刀進(jìn)行螺紋銑加工。內(nèi)螺紋銑削加工需要數(shù)控機(jī)床必須具備三軸聯(lián)動(dòng)且具有螺旋線插補(bǔ)功能，因此選用配置FANUC 18i － M 數(shù)控系統(tǒng)的 H63 韓國(guó)起亞臥式加工中心［4］。
圖 3 汽車(chē)中橋減速器外殼加工示意圖
圖 4 銑內(nèi)螺紋孔走刀路線圖
假設(shè) M142 × 1． 5 － 5H 的內(nèi)螺紋底孔已經(jīng)預(yù)先加工好，其內(nèi)螺紋底孔直徑為 Φ140mm，內(nèi)螺紋的單邊加 工 余 量 為 0． 65P = 0． 975mm，分 三 次 加 工，0. 975mm的單邊余量依次分配為 0. 5mm、0. 3mm、0. 175mm。加 工 汽 車(chē) 中 橋 減 速 器 外 殼 上 的 2 ×M142 × 1． 5 － 5H 時(shí)所用的工藝參數(shù)，如表 1 所示。下面是汽車(chē)中橋減速器外殼零件 M142 × 1． 5 －5H 內(nèi)螺紋的數(shù)控加工程序，加工程序如表 2 所示。以上是銑螺紋孔的程序，程序中反復(fù)出現(xiàn)的Z － 0． 188和 Z1． 876 兩個(gè) Z 軸移動(dòng)量，如不認(rèn)真分析會(huì)覺(jué)得不可思議，弄不清楚為什么在過(guò)渡圓弧切入和切出時(shí)加了一個(gè) Z 軸負(fù)向進(jìn)刀( Z － 0． 188) ，其實(shí)這由有加工螺紋方式?jīng)Q定的，目的是防止螺紋重復(fù)切入切出時(shí)刮傷螺紋側(cè)面。因此，為解決此問(wèn)題，需要在圓弧切入與切出時(shí)，Z 軸要按照螺紋升角逐漸升高。也就是按照螺紋旋轉(zhuǎn)一周的螺距 ( P =1. 5mm) 勻速上升。為大大這一要求，需要計(jì)算以下幾個(gè)數(shù)據(jù): ( 1) H1: 螺紋的升高率。( 2) L: 切入切出過(guò)渡圓弧長(zhǎng)。( 3) H2: 過(guò)渡圓弧升高量。( 4) D1: 螺孔外 徑 Φ142mm。( 5 ) D2: 過(guò) 渡 圓 直 徑 Φ71mm。( 6) P: 螺距 1． 5mm。
表 1 刀具使用表
表 2 M142 × 1． 5 － 5H 內(nèi)螺紋的數(shù)控加工程序
由于此程序在加工時(shí)全部采用的是 G91 增量值進(jìn)給，當(dāng)銑削整圓一周時(shí) Z 軸負(fù)向進(jìn)了 － 1. 5mm，再加上兩個(gè)過(guò)渡圓弧切入切出時(shí) Z 軸又多進(jìn)的距離為: 0. 188mm × 2 = 0. 376mm，Z 軸實(shí)際負(fù)向移動(dòng)了: 1. 5mm + 0. 376mm = 1. 876mm，當(dāng)?shù)诙堕_(kāi)始切削前，必須退回到原加工點(diǎn)的位置，所以程序編程成Z 軸正向退刀 1. 876mm，達(dá)到兩刀位置重合的目的。
5、 結(jié)語(yǔ)
以上是筆者對(duì)螺紋銑削加工的一點(diǎn)心得體會(huì)，螺紋銑削加工方法較傳統(tǒng)的螺紋加工方法具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，尤其是對(duì)汽車(chē)減速器行業(yè)中的大直徑螺紋加工而言，是以往困難而費(fèi)時(shí)的螺紋加工得到了很大的改變。不僅可以更加高效的加工出精度和質(zhì)量更好的螺紋，而且是降低螺紋加工成本和工人勞動(dòng)強(qiáng)度的有效方法。因此，提升了汽車(chē)技術(shù)研發(fā)和改進(jìn)過(guò)程中的加工技術(shù)手段。
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