机械工程师 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧｌＮＥＥＲ 基于参数化的内螺纹铣削加工 张亮，刘双进，李志新 （首都航天机械公司，北京１０００７６） 摘要：目前，圆柱类壳体、锥体上轴向或周向螺纹孔均采用钳工手动攻丝法，但是存在劳动强度大、加工时间长，丝锥容易 断裂在零部件中等缺点，文中提出了内螺纹参数化铣削方法。首先介绍了内螺纹数控铣削原理，然后以某型号壳体周向孔 为例，分别从产品结构特点、工艺装备选用、内螺纹参数化编程、螺纹铣削中刀具偏移量计算、螺纹孔数控铣削具体实施步 骤五个方面进行探讨，最后对手动攻丝法和螺纹参数化铣削法进行比较，验证了螺纹铣削法所带来的优点。 关键词：内螺纹：铣削加工：参数化 中图分类号：ＴＨ １６１．１ ０引 言 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００２—２３３３（２０１７）０３—０１５９—０３ 通常内螺纹采用数控车削加工和手动攻丝方法获 得，对于普通小型回转体类零件螺纹加工应用数控车床 加１二，对于大型圆柱类壳体、圆锥类壳体上轴向或周向螺 纹加工一般采用手动攻丝法：如果螺纹公称直径较小，采 用丝锥攻丝简单、方便，但是对于较大的螺纹，由于驱动 较大丝锥需要的切削力矩大，刀具在零件中断裂的风险 增加。若丝锥断裂在零部件中，则很难在不损坏部件的情 况下取出丝锥。此外，若采用两次攻丝，劳动强度大，加工 时间长，且长期占用大型机床，生产成本高。螺纹铣削是 解决这些问题的一个方法，用来加一 具有较大直径的螺 纹的精加Ｔ。通过软件加工模块自动生成，螺旋轨迹为许 多直线线段逐渐逼近，文件占用空间大，对于一些内存小 的数控机床无法传输。此外，对于螺旋轨迹中步长值、行 距值大小还需通过实验验证。因此，针对上述情况，本文 提｝ｆＪ内螺纹铣削并将数控程序参数化加工。 １手动攻丝法 中心轴线２高速旋转，作轴ｒ口Ｊ与周向同步进给，即螺纹铣 刀绕螺旋线运动，在螺旋铣削中网周运动产生螺纹直径 而同步的轴向直线运动产生螺距，通过螺旋插补的方法 ］Ｈ７１，！ｎ螺纹。其中主运动为铣刀旋转运动，进给运动南轴 在］一业生产巾，大型壳体或锥体内螺纹／ＪＨ：ｒ．丁艺一 Ｊ向进给运动和周向进给运动组成。对于排屑条件较好的 般采用的是钳工手动攻丝法，其加工ｌＴ序为找正螺纹孔 通孔，切削路径为从螺纹顶部至螺纹底部，而对于盲孔ｌ， 巾心线，用中心钻钻中心孔，钻螺纹底孔，倒角后用丝锥 攻螺纹；当螺纹直径较大时，丝锥的性能就会受到抑制， 轴向进给方向采用从螺纹底部至螺纹顶部。周向进给是 若仍采用丝锥攻丝的方法加丁一般需要二次才可．即粗 加一ｌ：和精加工，如图ｌ所示。 对于单头丝锥而言，攻丝实质上是指在已加工好的 操作者在机床数控系统中调整偏置值，Ｊ完成。此外，根据 螺纹形成原理，即＿Ｔ件只需要旋转一周，同时铣刀沿＿Ｔ件 轴线移动一个螺距，应用圆弧螺旋插补功能方可实现螺 纹加Ｔ：参数化。 螺纹底孔内由丝锥切削刀瓣上的各切削牙逐层切削形成 螺纹，丝锥每旋转一周，每个切削牙前进一个螺距，并分 别从丁件上切除一层金属。由于在螺纹加丁时，丝锥几乎 是被埋在 件中进行切削，其每齿的加工负荷大，沿着螺 纹方向与工件接触面非常大，容屑能力差，所以在加＿［像 钛合金等难加 ［材料时，常出现丝锥折断、螺纹表面质量 差。针对上述情况，在总结多年实际操作经验的基础上， 提ｍ了螺纹铣削法代替原有的手动攻丝法。 ２螺纹铣削原理 采用圆弧螺旋捅补功能实现螺纹参数化加Ｔ，实现 特性将螺纹公称直径、螺距、螺纹有效长度赋值给数控程 对于螺纹公称直径较大的螺纹，可采用螺纹铣削法 了程序简便、占用机床内存小，操作者仅仅需要根据产品 进行加＿Ｉ：，其原理如图２所示，即数控机床上螺纹铣刀３绕 网址：ＷＷＷ．ｊｘｇｃｓ．ｃｏｍ电邮：ｈｒｂｅｎｇｉｎｅｅｒ＠１６３ ｃｏｍ ２０１７年第３期 ｉ １ ５９ 机械工程师 晕ｅｋ｛ＡＮ‘ Ａ｛算ＮＧｌｐ４｝ｊ Ｅ 懿 序巾已设定变量方可。下文主要围绕某重点型号壳体上 周向螺纹孔数控铣削加工展开论述。 ３．１ 产品结桷酶黾 ＃ｌ＝＃１＋＃３ ＩＦ［＃１ＬＥ３ ｊ ＧＯＴＯ １０ ＧＯ１ Ｚ５０ Ｆ５００ Ｇ００ Ｇ４０ Ｚ１００ Ｍ０５ ／，Ｉ返同至安全平面 ／／撤掉刀具补偿 某型号壳体沿 周方向分布８个起吊孔，其中螺纹孔 轴线距离上端面３５ｎｌｉｌ，关于ＩＩ象限左右对称并分布８一 Ｍ４２ｘ２—６Ｈ孔，螺纹有效长度为４３ｒａｍ，如图３所示。螺纹公 称直径较大，有效深度较长，若采用手动攻丝法，劳动强 度大，在攻丝过程中丝锥容易发生偏斜，无法保证螺纹孔 Ｍ３０ ％ ３．４螺纹铣削中刀具偏移量计算 本项目根据内螺纹公称直径与螺纹小径差值计算单 轴线与壳体间形位公差要求。 边去除量，将刀具单边去除量确定每次切削量，从而获得 螺纹公称直径Ｄ＝４２ ｍｍ，螺纹小径Ｄ ＝Ｄ一（５／８）Ｈｘ２＝３８．８３５ ｍｌｌｌ，其中 为原始 角形高度。单边去除量为（Ｄ—Ｄ ）／２ １．０８ ｍｍ，刀具最小偏移量为刀具半径，即：ｆ ， ，＝ｌ０．８５ ｉｌｌｍ。 刀具最大偏移量为刀具半径与单边去除量之和，即：ｆ ＝ １０．８５＋Ｉ．０８＝１１．９３ １＇Ｉ１１１＇１。根据 具螺纹｝刀削每次去除量，月 具偏移量需从大至小，如表ｌ所永 ｊ． 螺丝铣削实施步骤 表１ 刀具每次切削量与偏移量 ，ｍｕ 的新型涂层硬质合金７）具，如１￣ｔ．５所示，其巾直径Ｄ ：２１．７ １１１１１１，牙型高度ＨＦ１．０８ ｍｍ。此螺纹刀具有三个刀尖，同定 在月片锁定系统中．不但保证了切削过程的稳定性，还有 利于提高产ｒ 加工质量。 １）将壳体放置存工作台Ｌ，调整壳体中心轴线与数 控卧式镗铣床回转中心一致后装夹。２）旋转镗铣床工作 台 轴，调整螺纹基孑Ｌ【ｆｌ心轴线 主轴轴线一敛且设定螺 纹基孔外表面中心为 件编程原点。３）执行数控程序， Ｙ 轴、ｙ轴圆弧插补的同时， 沿主轴方向直线运动，ＸＹＺ 轴配合进行插补联动铣削，获得合成的螺旋线走刀轨 迹。４）调整机床偏移量，重复执行上述数控程序。５）应用 螺纹通规、螺纹止规检验所ＪＪｌｌ－Ｉ－ｉ螺纹是否合格。６）按照Ｉ 述方法，依次加 后续螺纹． ＝４效果 在直径较大内螺纹数控实际加ｌＴ时，螺纹轴线一般 化予ＸＹ、ＸＺ、ＹＺ平而Ｉ ，对应数控指令相对应为Ｇ１７、 Ｇｌ８、ＧＩ９。 于壳『水ｆ 螺纹基孑Ｌ为肓孔，为避免刀具与螺 纹底部发生十涉，螺纹铣削采用从螺纹轴线中心处进刀， ｍ内至外Ⅲ页铣加 。其具体数控程序如下： ％ 应用螺纹铣削加］二代替传统手动攻丝操作方式，单 个螺纹加Ｔ时间南１０ ｒａｉｎ缩短为２ ｌｑｌｉｎ，提高＿『产品加Ｔ 效率；采用手动攻丝法需要操作者应用板牙ｌ＿ｆｌｌ心对准机 床主轴巾心，一般均需要二次攻丝才可完成较大直径螺 纹，而采用螺纹铣削法对刀后整个加‘ｆ 过程尤需人】 下 涉和参与，减／Ｊ．，ｑ－人操作强度。此外，数控程序采用宏程 ｆ ９０ Ｇ５４（ ｌ７ Ｇ４０ ＭＯ３ Ｓｌ０００ １７０１ ＭＯ６ ＣＯＯ Ｘ０ Ｙ０ Ｚ１０ （ ０１ Ｚ０ Ｆ５００ 序进行参数化编程，不但减小了数控机床内存小从而导 致程序无法传输问题，还实现了内螺纹数控铣削加＿Ｔ通 用性，方便了工人操作。 ／／安全平面 ［参考文献］ ［１］刘强淳忠群．控铣削加 过４ 仿真 优化：建模、算法与Ｉ：程应 用［Ｍｊ—Ｅ京：航， ｆｎ版社．２０１ １：５１—５５． １ ２］ 邓于林潢竞业．魑于宏程ｆｉｑ￣＜．Ｊ数榨乍梯形螺纹参数化 Ｔ应川 研究ｌ Ｊ］．机床 ｊ液 ．２０１ １．３９（２４）：４３—４５． ／／快速接近孑Ｌ口 ｝｝ｌ＝－４６ ＃２＝４２ 样３＝２ ／／螺纹有效深度 ，／螺纹公称直径 ／／螺纹螺距 ／，螺纹公称＿直径一半 ＃４＝＃２／２ Ｚ＃Ｉ Ｆ２００ Ｇ４１ Ｘ０ Ｙ＃４ １３］胡兴ｆ｛Ｉ．聚于数控铣削 １‘【ｌｌ『域仿真的ｒ 参数优化［Ｊ］．机械 工程师．２００８（７）：１ ３４—１ ３６． ，／移动至螺纹底部 Ｄ０１／／建立刀具补偿 卜＃４ Ｚ＃３ Ｆ３００／Ｉ螺旋捅补 【４］彭Ｌｆｌ林，张宏．机械切削工艺参数速算ｆ册［Ｍ Ｊ．北京：化学１＿、 ｍ版社．２００９． Ｎ１０ ＧＯ３ １０ １ ６０ ２０ ３ ７年第３期 网址ＷＷＷ．ｊｘｇｃｓ ｃｏｍ电邮：ｈｒｂｅｎｇｌｎｅｅｒ＠１６３ ｃｏｎｑ 机械工程师 ＭＥＣＨＡＮｌＣＡＬ ＥＮＧｌＮＥＥＲ 如何保证数控机床的精度 张传思 （沈阳机床股份有限公司ＵＮＩＳ ｉ５Ｍ８团队，沈阳ＩｌＯｌ４２） 摘要：介绍了数控机床的精度，从设计、制造、使用角度出发，总结了保证数控机床精度的具体措施。 关键词：数控机床：精度；设计：制造；使用 中图分类号：ＴＧ ５１９．１ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００２—２３３３（２０１７）０３—０１６１—０２ ０引 言 １）尽量减少传动链。尽量减少机械传动的滚珠丝卡１： 数控机床作为金属切削的重要设备，被广泛应用于 副、齿轮传动、皮带传动等传动方式，由于采川机械传动 航空航天、汽车制造、消费电子等领域零件的加 ，随着 链会产生反向间隙。反向间隙的存在就会影响钊机床的 相关领域的不断发展，对数控机床的精度也提｝｛Ｉ了更高 定位精度和重复定位精度，从而影响产品的加ｒ精度。女¨ 的要求，那么如何保证数控机床精度的稳定性与可靠性 果必须采用机械传动副，需对滚珠丝杠和轴承进行预紧． 就至关重要了。 消除齿轮、蜗杆等传动件的间隙等措施来提高进给精度 和刚度。 本文介绍了数控机床的精度及保证精度稳定性及可 靠性的具体措施。 １数控机床的精度 优选直接驱动方式，如采用直线电机驱动直线轴，采 用力矩电机驱动同转轴（如电主轴、力矩转台、直驱摆头 的应用），减少机械传动链，实现零传动。 数控机床的精度主要包括几何精度、定位精度和切 削精度。 ２）零件结构优化设计。床身、立柱、Ｔ作台、主轴箱等 抗 几何精度反映机床的关键机械零部件（如床身、立 作为数控机床的基础结构件，须对其进行静、动刚度、柱、主轴箱、工作台等）的几何形状误差及其组装后的位 振性分析及拓扑优化设计等研究，在保证刚度的前提下， 置误差，包括各直线轴之间的垂直度、Ｔ作台面的平面 度、主轴孔的径向跳动、主轴的端面跳动、主轴轴线与Ｔ 作台面的垂直度及与各直线轴的垂直度等。 尽量减重，提高同有频率。为了减小铸件或焊接结构件的 应力变形，可采用大理石床身、立柱等代替金属结构件， 大大提高机床的刚性。因为大理石线膨胀系数小，不受周 同环境变化的影响，消除振动的性能比较好。 ３）检测技术。尽量采用闭环控制，对直线轴增加光栅 定位精度是指所测量的机床运动部件在数控系统控 制下要到达某个坐标值和实际到达的位置之间的差距大 小，它与机床的几何精度共同对机床切削精度产生重要 的影响．尤其对孔隙加丁中的孔距误差具有决定性的影 响。可以从机床的定位精度判 它的加＿ｒ：精度。 切削精度是指零件加１－后的几何参数（尺寸、几何形 尺，提高直线轴的定位精度。旋转轴增加编码器，如转台 增加角度编码器，提高转台的定位精度。也可增加在线检 测技术，如工件检测、刀具检测等。 ４）润滑。采用的轴承、齿轮、导轨都需要润滑。良好的 状和相互位置）的实际值与理想值之间的符合程度。 ２保证数控机床精度的具体措施 ２．，从设计出废 润滑能够减少运动部件之间的摩擦因数，降低部件的温 度，防止零件热变形，对于提高机床加 精度、延长机床 使用寿命等都有着十分重要的作用。 ｌ ５ Ｊ石学诚．微细铣削加工一【 艺参数优化与实验研究［Ｄ］．长春：吉林 大学．２０ｌ １． ［１２］王海艳．秦旭达，任成租．基于Ｐａｌ—ｅｔｏ遗传算法的螺旋铣加Ｉ 参 数优化【Ｊ］．中国机械ｌ：程，２０ｌ２，２３（１７）：４６—４９． １ １ ３ Ｊ 马超．基于加Ｉ 动力学模型的工艺参数优化研究【Ｉ）］．武汉：华 中科技大学，２Ｏｌ２． ［１４］李目．基于变形控制的薄壁件铣削加Ｔ：参数优化及仿真研究 １６ ｌ 『ｊ杉武荣．基于宏程序的异捌内螺纹参数化加［［Ｊ］．机床与液门ｉ， ２０ｌ４（８）：ｌ５４一ｌ５６． ［７］陈婷婷．基于蘑型机床大型零件铣削加Ｔ性能及参数优化的研 究［Ｄ］．苏州：苏州大学，２０１ １． ［８］刘勇．加工大直径螺纹的参数化编程［Ｊ］．现代制造 程，２０００（９）： ３５． ［Ｄ］．南京：南京航空航天大学，２（）ｌ０． ［１ ５］刘建峰孙雅洲，卢泽生．基于遗传算法的微细铣削加１：参数优 化［Ｊ］．航空精密制造技术，２０１０，４６（５）：２３—２６． （编辑明 涛） ［９］邢晓红．高速铣￣ｌＪｊＪ１ｆ］ 中的螺旋刀具轨迹生成及铣削州量优化研 究［Ｄ］．南京：南京航空航天大学，２００８． 作者简介：张亮（１９８５～），男，工程师，主要从事数控加工及编程技术 工作： 收稿日期：２０ｌ６一ｌ０—３０ 【ｌ０ｊ高莹．Ｉ¨｛轴螺孑Ｌ加Ｔ １ 艺优化［Ｍ］．上海：同济大学，２００７． ［１ｌ 袁智星．螺旋铣孔动力学研究［Ｍ］．天津：天津大学，２００８． 网址ｗｗｗｊｘｇｃｓ．ｃｏｍ电邮．ｈｒｂｅｎｇｉｎｅｅｒ＠１６３ ｃｏｒｎ ２０１７年第３期 １ ６１
