螺纹数控铣削技术在航空发动机复杂零件上的应用.doc

螺纹数控铣削技术在航空发动机复杂零件上的应用螺纹数控铣削是当今制造业中比较流行的一种螺纹加工方法，它是采用数控机床的螺旋插补功能(G02/G03)进行螺纹加工的一种新方法(图1)，该方法 首先流行于欧美，随着数控机床在国内的广泛普及和数控编程技术的提高，螺纹数控铣削方法在中国也得到了广泛的应用。一、螺纹数控铣削的优点传统的螺纹加工方法主要采用螺纹车刀车削螺纹或采用丝锥、板牙手工攻丝及套扣。随着数控加工技术的发展，尤其是三轴联动数控加工系统的出现，使更先进的螺纹加工方法数控铣削得以实现。螺纹数控铣削加工与传统螺纹加工方式相比，主要有以下优点。(1)螺纹铣削加工时，零件不动而刀具进行旋转铣削，而传统车削加工是零件旋转。在传统车削中非旋转体的螺纹加工会存在无法灵活装夹的问题，但采用铣削加工方法，该问题就会迎刃而解;同时加工零件的固定不动，也减少了机床运动负荷，提高了定位和加工精度。(2 )螺纹数控铣削加工时不受螺纹结构和螺纹旋向的限制。同一把螺纹铣刀可以加工螺距相同但直径不同的不同旋向的内、外螺纹。(3)同一把螺纹铣刀可以通过修改刀具半径补偿值，将螺纹加工到任意公差带。而在传统方法中，丝锥磨损、加工螺纹尺寸小于公差后则无法继续使用，只能报废;但是当螺纹铣刀磨损、加工螺纹孔尺寸小于公差时，可通过数控系统进行必要的刀具半径补偿调整后，就可继续加工出尺寸合格的螺纹。(4)由于螺纹铣刀没有导向部分，因此无需退刀槽或过渡扣即可靠近螺纹底部加工出精确深度的螺纹。(5 )螺纹铣刀的耐用度是丝锥的十多倍甚至数十倍。(6)螺纹数控铣削加工效率高。目前螺纹铣刀的制造材料为硬质合金，加工线速度可达80m/min200m/min，而高速钢丝锥的加工线速度仅为10m/ min30m/min，故螺纹数控铣加工适合高速切削，提高了加工效率。(7)螺纹数控铣削方法能够延长刀具使用寿命。高硬度材料和高温合金材料，如钛合金、镍基合金和钼合金的螺纹加工一直是一个比较困难的问题。主要是因为高速钢丝锥加工上述材料螺纹时，刀具寿命较短，而采用硬质合金螺纹铣刀则效果比较理想，刀具切削力大幅降低，解决了机床负荷太大、无法驱动丝锥正常加工的问题。二、螺纹铣削数控程序的编制螺纹铣削加工程序的编制，主要原理是采用G02、G03圆弧插补指令，即在二轴圆弧插补的同时加入第三轴直线插补，形成螺旋插补运动。螺纹铣削的数控程序，有很多种编制方法。1.手工编程对于走刀路线较简单的螺纹加工，我们可以通过简单计算，进行手工直接编程。例如用多齿螺纹刀片且有效长度大于螺纹长度的刀片加工螺纹，只要在螺纹轴向上走一个螺距，即可完成整个螺纹加工(如图2所示)。下面是加工M161.5、长度为9mm的外螺纹数控程序。G00 G42 X100 Y0 Z15M03 S3000G0 Z-9 (下降至螺纹长度) G01 X14.376 F100(刀具加工到螺纹底径处)G02 X14.376 Y0 I-14.376 J0 Z-7.5(螺旋插补运动，同时Z 向提高1个 螺距1.5)G01 G40 X100 Z15M302.利用通用软件进行编程NX是西门子公司出品的一套集CAD/CAM/CAE于一体的软件系统，它被广泛应用在汽车、航天和模具等加工行业。我们用到的螺纹铣削功能就是其CAM编程中功能之一。首先进入“平面铣”或“钻孔”加工环境，并且在“创建操作”对话框中选择“THREAD_MILLING”子类型(图3)。然后根据需要设置相关选项和参数，由系统生产相应的加工程序。3.利用专用软件编程各家刀具厂商，一般会根据自己的螺纹铣刀提供一套专用编程软件，例如以色列瓦格斯刀具商(Vardex)提供的Vardex TM Gen螺纹铣削编程软件、山高刀具商(SECO)提供的螺纹铣削向导软件(见图4)，以及肯纳公司提供的KThread_Milling，这些专用软件，都是很好的螺纹铣削编程专用软件，大家可以根据自己在实际应用中的特点，选择不同的专用软件进行螺纹铣削数控编程。三、螺纹数控铣削技术的实际应用由于螺纹铣削加工的诸多优势，目前很多的制造企业已较广泛地采用了螺纹数控铣削工艺。我们在加工某发动机复杂零件的接嘴螺纹时，经过试验研究，也采用了螺纹铣削方法，取得了较好的效果，下面就这一过程及工艺方法作简要介绍。1.零件的特点及加工难点某复杂零件是发动机上的重要零件，其接嘴螺纹部分(图5)如果采用车削螺纹，零件的主体与接嘴并非同一旋转中心，给装夹定位带来一定的困难，但是采用铣加工螺纹的方法，则可很方便地进行装夹和加工。2.刀具的选择在螺纹铣削加工中，三轴联动数控 机床和螺纹铣削刀具是必备的两要素。以下介绍几种常见的螺纹铣刀类型。(1)圆柱螺纹铣刀。圆柱螺纹铣刀(图6)在加工中的螺旋升程靠机床运动实现。由于这种特殊结构，使该刀具既可加工右旋螺纹，也可加工左旋螺纹，但不适用于较大螺距螺纹的加工，适合铣削中小直径螺纹，切削平稳，耐用度高。缺点是刀具制造成本较高，价格昂贵。(2)机夹螺纹铣刀及刀片。机夹螺纹铣刀(图7)适用于较大直径(如D25mm)的螺纹加工。其特点是刀片易于制造，价格较低。机夹螺纹铣刀的优点是，易于更换刀片，从而降低了加工成本。(3)组合式多工位专用螺纹镗铣刀。组合式多工位专用螺纹镗铣刀的特点是一刀多刃，一次完成多工位的加工，可节省换刀等辅助时间，显著提高生产率。图8所示为组合式多工位专用螺纹镗铣刀加工实例。该组合刀具可一次加工完成工件需加工内螺纹、倒角和平台。3.加工方法及参数选择(1)走刀方式：通过查阅资料文献，都建议采用螺旋进刀方式加工，即刀具在X、Y 平面顺(逆)时针旋转半个圆弧， Z方向上升或下降0.5个螺距。这样以减小进刀时的振动，提高刀具寿命和螺纹表面质量，并使加工出的螺纹有半扣平滑过渡的螺纹收尾。但通过实际加工试验，采用直线进刀方式加工出的螺纹，经过检测也是合格的。采用直线进刀方式，减少了计算的时间和出错的几率。(2)进给方式：通过设置刀补值，径向进给分3个切深完成，充分减小加工中的径向力，避免振动，提高刀具寿命。要注意的是，刀补值要通过计算确定，防止螺纹小径过切。(3)冷却方式：由于是外螺纹，因此采用外冷方式，既可充分冷却，也可快速带走铁屑。4.程序编制G54 G17 X0 Y0 Z10G42 X52.85M03 S3000G0 Z-9.187 (下降螺纹长度+P/8)G01 X32.715 Y0 F100G02 X16.3575 Y0 CR=8.17875Z-9(从起到点走半径为A /2的圆弧，同 时Z向提高P/8)G03 X-16.3575 YO CR=16.3575Z-8.25(从进刀点走半径为A的圆弧，同时Z向提高P/2)G03 X16.3575 Y0 C