多头小螺距非等分内螺旋面零件加工★

曹歧平，闻 文，田翠清，佟佳荟

（包头职业技术学院 数控技术系，内蒙古 包头 014030）

引言

划削加工是在多轴加工中心中主轴刀具保持连续定位，不进行旋转运动，使切削刃相对于中心位置保持不变，通过工作台移动带动工件位移产生主切削力，产生划动切削。

在空间狭小或不规则的区域内，多轴加工机床无法完成刀具的旋转切削动作，针对此工艺难题，尝试新型加工方法的研究，对刀具、加工工艺、设备的工艺条件进行试验，并对自动加工程序进行编制。

空间多曲面复杂零件多使用CAM 软件进行加工程序编制，以减少曲面点的计算，提高零件的加工精度。

试验产品零件为非等分多头小螺距内螺旋面零件，如图1 所示。该零件围绕中心孔有六处均布孔，每处孔口部有内螺旋面，是加工的重点、难点。螺旋面为双起点，用车削的办法无法实现。

图1 非等分多头小螺距内螺旋面零件

该零件可利用五轴加工中心（或带数控转台的立式铣床）进行加工，但CAM 软件无法满足新工艺要求，主要以手工编制多轴加工程序为主。

本文主要以五轴加工中心为例进行研究。机床的定位精度和重复定位精度都要求在0.005 mm 之内，将零件安装到工作台上任意位置，用上道工序完成的孔中心作为基准进行找正，并在端面进行压紧，以零件中心Φ72 孔为坐标原点，利用坐标旋转程序，计算每处孔的位置，以加工孔中心为坐标编制加工程序。通过手工编制宏程序加工该零件，实现“划削”加工。

1 非等分多头小螺距内螺旋面零件加工部位的工艺分析

如下页图2 所示，该零件特点是后端有六个半开放式闭锁孔，在每个孔内有六处小螺距不等分内螺旋面，螺旋面距端面距离分别为和用与之相配合零件的螺旋面起配合作用，对产品形成闭锁作用，定位尺寸精度要求达到0.02 mm，各孔内两处螺旋面的起点为108°30′和259°11′。利用电火花加工，效率慢、制造周期长、制作成本高，不能满足零件设计精度要求。利用三面刃铣刀铣削螺旋面，刀具与螺旋面产生干涉，加工出的螺旋面不完整。利用数控车床车螺旋面，因为车削是工件旋转加工，刀具切削加工时，旋转整圈造成下一个螺旋面切掉，无法实现加工。因此采用常规加工方法无法实现加工要求。

试用“划削”加工方法，将刀片角度为35°、刀杆为Φ20 的圆刀杆硬质合金车刀安装在BT50 铣刀柄上，利用主轴定位角度和工作台C 轴转动，手工编制X、Y、Z、C 四轴联动加工宏程序，将主轴定向在每处螺旋面的起点位置，角度与图示位置相符。加工过程中刀具不能旋转，机床工作台（或转台）C 轴转动，加工刀具的刀尖跟随所加工内孔螺旋面进行“划削”插补加工。每次进刀量为0.1 mm（半径方向），按图2所示螺旋面长度旋转工作台或转台即可完成一次切削。

图2 该零件加工螺旋面部分二维图

2 零件螺旋部分的计算方法及程序设计

在该零件螺旋部分加工前，需根据产品图样，对零件螺旋部分进行大量计算及程序设计。为了方便找正，将零件放在工作台上任意位置，以零件中心孔为基准，计算加工各孔的的中心位置。

1）计算零件在工作台上的具体位置。利用机床回转中心坐标和零件每个孔的中心坐标值，对零件中心孔在机床上的具体位置进行计算。

2）参数的建立与计算。零件随着回转工作台转动，相应地每转过一个角度，X、Y、Z 的值也随着变化。图2-2 中螺旋面的起点在与水平呈108°30′、259°11′的夹角上，即C 轴从图示位置负10°起，按螺旋角和导程计算完成一次“划削”需要旋转的角度为120°。引入一个新的角度变量R10=0，R10每增加1°，分别用变量R3（X 与回转中心之差）、R4（Y与回转中心之差）计算出X、Y、Z 的移动值R24、R25、R26，R24=R3*cosR10-R4*sinR10、R25=R3*sinR10+R4*cosR10、R26=R10*6.802/360。相应地赋予R10（根据下刀位置可以调整），角度增加驱使程序固定循环，直到R10为110°时，循环终止，完成一次切削。引入另外一个变量R9（X 方向每次切深），当R9每完成一次循环，R9增加0.1 mm，直至R9=5.4 mm（该值根据零件半径切深而定），所有循环终止[1]。用相同的原理依次加工每处螺旋面即可。

所编程序如下所示：

3 结语

通过非等分多头小螺距内螺旋面零件的加工实践，摸索出了此类零件合理的加工方法，积累了加工制造经验，提升了工厂加工工艺技术水平和能力，特别是多头小螺距内螺旋曲面的加工，是关键和创新技术，填补了工厂此类零件加工工艺的空白领域，具有广泛的推广前景，为工厂今后加工同类或类似产品奠定了扎实基础。