煤矿机械中超大螺距回转螺母的五轴数控加工

[摘 要]文章分析了传统螺纹加工工艺对于加工超大螺距螺纹的困难性,然后以某回转螺母的超大螺距螺纹的实际加工为例,验证了超大螺距螺纹的五轴数控铣削加工的工艺可行性.煤矿机械制造中亦可使用此工艺.

[关 键 词]超大螺距；螺纹；五轴加工

[中图分类号]TG62

Abstract：Thisessayfirstanalyzesthedifficultyoftraditionalthreadprocessingtechnologyinsuperpitchandthread.Andthenitgivesanexamplebypresentingthepracticalmachiningofsuperpitchandthreadofaspecificrotarynuttoverifythefeasibilityoffive-axisNCmillinginsuperpitchandthread.

Keywords：Superpitch；Thread；Five-axiachining

引言

螺纹是机械零件中常用的结构要素,不同螺距其加工方法各不相同.在人工力量范围内小螺距螺纹可用丝锥或板牙手工加工完成；中小螺距的螺纹通常由车床车削加工,但车削螺纹时要求满足下式：n（转速）×P（螺距）等于F（进给）,因受到车床进给机构和主轴系统的最大速度限制,加之车螺纹时若转速过低,切削动能过小,切削加工将会变得困难,所以可车削螺距有一定限制[1]；大螺距螺纹可采用旋风铣加工完成,然而虽然旋风铣可为大螺距螺纹加工时提供有效的切削动能,加工效率和螺纹的粗糙度比较高.但其加工原理依然遵循转速、螺距、进给之间的关联关系[2],考虑机床进给机构因素,旋风铣对于大直径超大螺距螺纹的加工,依然无法进行.图1所示为某传输机械用回转螺母零件图样,零件内螺纹的牙形为24头圆弧形专用螺纹,单头螺距是7500mm,依据上面的分析可知传统工艺方法无法加工此导程的螺纹.因五轴数控铣削在空间范围内,可实现五个坐标轴联动插补的加工,可通过系统控制自动实现上述工艺中转速、螺距和进给的关联关系,所以考虑采用五轴数控铣削来进行此螺纹的加工.[3]1工艺设计

该零件材料为2Cr13,具有切削力大、切削温度高等特点,对刀具材料提出了强度、耐磨性的较高要求.螺纹牙形的圆弧半径为R19,牙形高比较高,加工余量大,首先应安排螺纹牙底的开粗加工,开粗加工时,为了提高加工的刚性和加工的效率,使用山特R216.2-712可转位钻铣刀,刀轴采用定轴、铣削策略采用插铣；精加工时,使用山特RF16F-12A16S-085可转位仿形球头刀充分发挥五坐标联动的优势,铣削出螺纹的圆弧牙形；最后使用R≤3的球头刀,完成牙形底部两侧R3倒圆弧的清根加工.加工完一头螺纹后,可通过旋转指令重复加工即可得到24头螺纹.

2利用UGCAM软件进行数控程序的编制

2.1开粗程序的编制

在UG-NX8.0软件中,抽取螺纹牙底凹槽曲面U方向的中线以及凹槽相邻两牙的牙顶线中位线,利用抽取的线构建直纹曲面,如图2所示.然后以此曲面为固定轴铣削操作的加工驱动面,刀具D12可转位钻铣刀,刀轴采用相对于曲面边线矢量1°的矢量,生成螺纹凹槽的开粗加工轨迹,如图3所示.

2.2精加程序的编制

在UG-NX8.0软件中,抽取牙形圆弧面和牙底凹槽曲面并进行缝合曲面操作,如图4所示.然后以缝合的曲面为可变轴铣削操作的加工驱动面,刀具D12R6球头铣刀,刀轴采用相对于点（或使用五轴等高铣削操作,刀轴采用相对于曲线）,生成精加工程序轨迹,如图5所示.

2.3清根程序的编制

在UG-NX8.0软件中,采用清根铣削操作,切削区域选择R3倒圆弧面,刀具使用D6R3,刀轴采用指定矢量,生成清根刀具轨迹,如图6所示.

2.4程序的仿真验证

在UG软件机床库中调用所用机床,并设置完整的刀具及刀柄和压板尺寸参数.仿真加工,检查刀具与机床、夹具有无干涉,或者有无过切和欠切等状况,确认无误后生成NC程序.

3零件的加工

在DMU100-T五轴加工中心上,使用压板装夹,加工时零件下面垫等高块以保证刀具能够铣穿零件,并且刀具的装夹尺寸和压板位置应参照仿真加工时的设置参数,铣削加工出此超大螺距的圆弧形螺纹,如图7所示.

4结束语

加工完成后,经现场使用验证,完全合格,证实此工艺方案的可行性、正确性.五轴数控铣加工超大螺距螺纹工艺,简单易行、尺寸精度高、表面质量好,为超大螺距螺纹的加工提出了可行的工艺方案.

[参考文献]

[1]Sinumerik840D/810DshopTurn操作与编程手册.北京：西门子中国有限公司,2003.

[2]高岩.大直径内螺纹的旋风铣削.机械工程师,2005（8）120-121.

[3]陈良骥.五轴联动刀具路径生成及插补技术研究.北京：知识产权出版社,2008.

[4]陈洪涛.数控加工工艺与编程.北京：高等教育出版社,2009.

[5]SANDVIK2012山特维克切削刀具主样本.北京：山特维克可乐满,2011.

[6]詹友刚.UGNX8.0数控加工教程.北京：机械工业出版社,2012.