油底殼孔加工時的粘屑、絲錐斷裂問題怎么破

摘要：由于目前數(shù)控系統(tǒng)沒有單獨的圓錐螺紋銑削循環(huán)程序，在加工NPT圓錐內(nèi)螺紋時，因材料軟、使用成形絲錐作用力大等原因，使產(chǎn)品質(zhì)量無法得到保證，且對機床造成損傷。使用參數(shù)化編程編制程序，解決了油底殼的加工難題。油底殼是曲軸箱的一部分，具有儲存和匯流機油的作用，在使用錐鉸刀和絲錐加工控制端放油孔時，由于材料比較軟，容易造成粘屑，經(jīng)常會產(chǎn)生絲錐斷裂、螺紋爛牙現(xiàn)象，造成工件返修。為保證質(zhì)量，提高效率，需對該孔的加工方法進行改進。1.加工方案分析油底殼控制端左下部設有放油孔，規(guī)格為美制2NPT圓錐內(nèi)螺紋（見圖1）。試制加工時加工工藝為：首先用麻花鉆頭鉆螺紋底孔，然后用大直徑錐鉸刀鉸底孔，最后用成形絲錐攻制而成。該螺紋基面上的外徑達60.09mm，由于此工藝設計了專用絲錐，因此采用攻螺紋的方法加工。而在現(xiàn)場執(zhí)行中，無論是機攻還是用加長了的套管手攻，均無法加工出符合要求的內(nèi)圓錐螺紋。分析其原因：①現(xiàn)場用錐鉸刀加工底孔不能完全保證螺紋基面上的外徑尺寸，使攻螺紋總余量不確定。②在加工過程中由于材料較軟，容易造成粘屑，錐管絲錐是全成形刀具，切削速度低，全螺紋與加工表面作用，切入工件全長均要參加切削，且螺紋直徑及所需切削力矩很大，所以，絲錐在切入工件過程中，抗力增大，導致傷牙、亂扣以及斷絲錐等現(xiàn)象，嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。由于絲錐是全螺紋接觸，作用力大，要求機床有較大的功率，大批量生產(chǎn)對機床有損傷。通過技術攻關，采用三軸聯(lián)動進行數(shù)控銑削加工螺紋，其與傳統(tǒng)螺紋加工方式相比，在加工精度、加工效率方面具有極大優(yōu)勢，且加工時不受螺紋結(jié)構(gòu)和螺紋旋向的限制，可以避免絲錐反轉(zhuǎn)形成的回轉(zhuǎn)線。螺紋銑刀采用多齒機夾式刀片刀具，壽命長，其壽命是絲錐的10多倍甚至數(shù)10倍，而且在數(shù)控銑削螺紋過程中，對螺紋直徑尺寸的調(diào)整極為方便，首件通止規(guī)檢測后，后面的零件加工質(zhì)量穩(wěn)定，這是采用絲錐難以做到的。2.改進后加工方法（1）圓錐螺紋的加工原理。對圓錐螺紋進行銑削加工時，刀具沿著圓錐螺旋軌跡進行加工。除具有像圓柱螺旋軌跡刀具那樣的高速旋轉(zhuǎn)、圓弧插補和軸向螺距進給外，還要使銑刀中心與螺孔中心的距離隨著軸向移動而產(chǎn)生線性變化（收縮），從而形成錐度。（2）圓錐螺紋圓錐軌跡的擬合原理。因為龍門加工中心采用的是SINUMERIK840D數(shù)控系統(tǒng)，該數(shù)控系統(tǒng)只有圓柱螺旋插補功能，因此不能直接使用圓弧插補指令G02或G03來編程。根據(jù)數(shù)控編程中的軌跡擬合原理，可將一扣圓錐螺紋螺旋軌跡等分成若干小段，并按錐度計算出每小段上直徑變化值，分段越多，該值也越小。當分割增加到使該值小到某一數(shù)值時，這一段圓錐螺旋與圓柱螺旋相差甚微，這時可近似地用圓柱螺旋來替換圓錐螺旋。同時將相鄰段的直徑按錐度變化選取，這樣一扣圓錐螺旋可由一組若干段銜接的按錐度變化的圓柱螺旋軌跡近似地組成。每扣都照此處理，即可用圓柱螺旋軌跡擬合成圓錐螺紋軌跡。分段越多，擬合精度也越高。但分段太多和分段方法不妥將會使計算復雜，計算程序過長，對加工不利。（3）NPT圓錐內(nèi)螺紋的數(shù)控銑削程序設計。加工程序采用主程序和子程序的方式編制。執(zhí)行時主程序調(diào)用子程序，將螺紋底孔和錐管螺紋不同部分的尺寸參數(shù)，在主程序中計算或給出。切削用量和初定位等均放在主程序中，將變量R參數(shù)及其軌跡計算等編入子程序，即子程序完成軌跡的計算和運動。這樣使子程序可適用于不同規(guī)格的圓錐螺紋加工，具有良好的通用性能。根據(jù)油底殼的工作狀況，2NPT圓錐內(nèi)螺紋有密封要求，參數(shù)如附表所示。（4）底孔加工刀位軌跡圖。確定刀具的進給路線，經(jīng)分析有兩種進給路線可供選擇：①Z向分層，兩軸半加工。如圖2所示，刀具Z向每下降一層，進給一個整圓，若Z向進給層距太大，會留下臺階，影響后面螺紋加工質(zhì)量；進給太小，切削時間長。②螺旋進給，三軸聯(lián)動加工。如圖3所示，每完成一個360°錐面螺旋線進給，Z向下降一個螺距，由此分析Z向刀具進給量可取較大值，如：每旋轉(zhuǎn)360°下降1mm，銑刀側(cè)刃接觸較多，錐孔表面質(zhì)量較好。另外，很重要的是按此方法銑底孔和銑螺紋的編程思路一致，可以調(diào)用同一個子程序CYCLE901，大大減輕編程工作量，提高編程效率。（5）編制圓錐內(nèi)螺紋的數(shù)控銑削主程序。在主程序中對切削用量和銑削循環(huán)的相關參數(shù)進行賦值，底孔一次銑削成形。銑削螺紋程序分粗加工和精加工兩次調(diào)用銑削循環(huán)。銑削底孔主程序如下：G0G54D1S1500M3X258Y273R2=0R3=28.717R4=28.775R5=1.79R6=2250R9=2.209R10=100CYCLE901M30銑削螺紋主程序如下：G0G54D1S1500M3X258Y273R2=-15.463R3=11.045R4=29.413R5=1.79R6=1584R9=2.209R10=10CYCLE901R4=29.563R6=1260CYCLE901M30（6）編寫帶有報警功能的銑削循環(huán)程序。以子程序形式編寫，用R參數(shù)代替語句中的數(shù)碼和數(shù)值，能適用于不同直徑、不同螺距以及不同深度的螺紋加工，具有一定的通用性。下面是銑削循環(huán)CYCLE901的部分程序：PROCCYCLE901SAVEDISPLOFstopreIF$P_SEARCH==1GOTOFENDR42=$AA_IW[X]R43=$AA_IW[Y]ATRANSX=R42Y=R43R18=TAN(R5)R31=R3*R18R38=R6R41=R38/2.5R32=R4-R31R33=R9*R18R20=R33/4R8=R2R30=R3/R9R40=R9/4G0X=0Y=0G64G90Z=R2G1G42X=0Y=R4F=R41ANA:G2X=R21Y=0I=-R20J=-R19Z=R14F=R38G2X=0Y=-R22I=-R21J=R20Z=R15G2X=-R23Y=0I=R20J=R22Z=R16G2X=0Y=R24I=R23J=-R20Z=R17R8=R17R4=R24R30=R30-1IFR30>=1GOTOBANAG1G40X=0Y=0G0Z=R10TRANSRET該程序適用于具有西門子840D操作系統(tǒng)的數(shù)控鏜床及數(shù)控立式銑床，是按通用銑螺紋編寫的，只要把程序中的變量按規(guī)定填寫，使用時由主程序調(diào)用，并給出切削用量、初始參數(shù)賦值，就可以完成內(nèi)螺紋和螺紋底孔的加工。該程序的編制徹底解決了銑圓錐螺紋編程難的問題，非常簡單實用。3.銑削螺紋刀具的選擇和切削參數(shù)的設定（1）刀具的選擇。加工螺紋采用機夾式螺紋銑刀，刀桿材料是工具鋼和高碳鋼，刀片材料是硬質(zhì)合金，采用多刃結(jié)構(gòu)且用螺釘鎖緊。在使用時安裝到強力銑刀柄或者側(cè)固式刀柄上，銑刀上有2片60°標準成形刀片（見圖4）。由于刀片誤差很小，只有幾微米，因此刀具互換性能很好，刀片磨損后，只需更換刀片即可，經(jīng)濟性較好。刀片材料為硬質(zhì)合金，可提高切削速度、減少磨損并提高螺紋精度。為控制螺旋軌跡的直徑大小，在刀具上應測出小端兩刃延長后交點的回轉(zhuǎn)直徑，工件上應計算出刀具起始位置最大理論直徑。（2）螺紋銑刀切削參數(shù)的設定。經(jīng)多次切削加工實驗后，將切削速度vc設定為180.6m/min；經(jīng)計算主軸轉(zhuǎn)速n=1500r/mm；每齒進給量fz：粗加工時選為0.44mm,精加工時選為0.35mm；每分鐘進給速度vf：粗加工時為0.44×2×1800=158（mm/min），精加工時為0.35×2×1800=1260（mm/min）。粗加工時吃刀量設為1.12mm；精加工時銑削吃刀量為0.15mm，主要為降低螺紋的表面粗糙度值，整理牙型。4.結(jié)語用銑削方法加工圓錐內(nèi)螺紋，能嚴格控制中徑公差，