浅议异形螺纹的加工方法

王丽

摘 要：文章以LY12硬铝材质的典型零件进行实例分析。针对薄壁零件和圆弧螺纹两大难点进行介绍，提出解决方案，并进行实例加工。

关键词：异形螺纹；宏程序；工艺分析

1 典型实例工艺分析

1.1零件图分析

工件特点：壁薄、精度高，异形螺纹。材料为LY12硬铝，毛坯尺寸为∅90×90。单件加工。

（1）硬铝具有很高的强度和良好的切削加工性能，但耐腐蚀性较差，强度高，有一定的耐热性。加工时容易粘刀，应合理选择切削三要素，和切削液。

（2）由于零件右端内外轮之间的壁厚最小部分为1mm，所以在车削时应分粗精加工，并充分冷却后才能精加工。

（3）为保证装夹稳定性，应先加工零件左端，在加工零件右端。

1.2刀具的选择

（1）根据工件材质选择

由于工件材料为LY12硬铝，建议使用下列三类刀具之一：

①不镀层的超细颗粒硬质合金刀具。

②带未含铝镀层（PVD）方法的硬质合金刀具等。

③用金刚石刀具。

（2）根据工件图样选择：

该零件图的圆弧螺纹深度较深，采用尖刀或30度外圆偏刀，会产生加工干涉，故只能选取圆弧车刀，在选用圆弧刀时要根据所加工的螺纹圆弧的大小来确定，圆弧半径R对刀尖的强度及加工表面光洁度的影响比较大，选用的圆弧刀的半径要小于所加工的螺纹圆弧的半径。半径不宜选择太小，否则不但制造困难，还会因刀具强度太弱或刀体散热能力差而导致车刀损坏。因此我选用R2的圆弧切刀来加工该圆弧螺纹，外轮廓的台阶轴采用35度偏刀加工。

1.3加工工序的劃分

（1）粗精加工工件左端外轮廓，外锥至尺寸要求。

（2）粗精加工工件左端内轮廓，∅40至尺寸要求

（3）粗精加工工件右端外轮廓，∅76至尺寸要求。

（4）粗精加工工件右端内轮廓，∅46至尺寸要求。

2 解决方案

2.1加工薄壁零件时

（1）薄壁零件的工艺要求

车削薄壁零件易变形，这主要是工件内部存在内应力和夹紧力不均匀而产生的夹紧外应力，根据薄壁的特点和要求选择合理的工艺方案，是保证薄壁零件的加工质量的关键，同时要从防止变形和保证精度出发设计加工工艺。所以应利用镗孔刀先加工内孔，然后再加工外圆。

（2）工件的装夹

对于一些壁厚较薄，且外圆无法进行装夹的薄壁零件需采用心轴进行固定，同时要保证内孔加工时的同轴度。对于较短的薄壁零件，三爪卡盘显然不够装夹，这时就要用到软卡爪，不仅可以防止薄壁外形被夹变形，也有利于较短薄壁的装夹。该零件选用三爪卡盘装夹，夹紧力不要太大，防止夹紧变形。装夹工件时应注意不要让工件晃动的太明显，因为图1中零件的外圆直径尺寸为∅76mm，毛坯直径为∅80mm，单边只有2mm的去除余量，所以晃动过大会导致同轴度超差，最终导致薄壁的壁厚不一。

（3）薄壁零件的加工方法

加工时需要把粗加工和精加工按顺序进行，以免粗加工时切削力过大而导致零件变形。由于该零件的尺寸要求高，粗加工完充分冷却后再半精加工，主要是修正粗加工中产生的变形，最后在再精加工，外形和尺寸才能得到保证。

（4）刀具的几何参数、切削用量和切削液

合理选择刀具的几何参数对薄壁零件的车削加工相当重要，车薄壁零件时，选用刀具要求刀柄的刚度要高，车刀的修光刃不宜过长（一般取0.2mm-0.3mm），前角要大，刃口要锋利，吃刀量要小，避免切削力过大导致零件变形。冷却液要充分供给（选用煤油），防止粘刀及粗糙度变差。

2.2加工异型螺纹时

对于异型螺纹而言，由于其形状较为复杂、而且具有不固定性，因此无法利用G76和G92对异型螺纹进行车削加工，由零件图可知圆弧螺纹螺距7mm，切深为3.5mm，所以可以采用直进法使用G32与用户宏程序相结合的办法车削加工异型螺纹，就能够解决异型螺纹的车削加工问题。但由于螺距较大，所以主轴转速不应超过500r/min。如果加工速度过快，撞刀的可能性就越大，为了能加工出高质量的异形纹应合理选择主轴转速。

（1）宏程序编程思路

采用R2圆弧刀分层切削的方式进行；以G32指令由外向里逐层切削。让刀具沿着圆弧F7的螺距运动，从而得到相应的圆弧螺旋线。

（2）走刀路线

①加工凹圆弧时刀具中心以R0.5的圆弧移动。

②加工凸圆弧时刀具中心以R3的圆弧移动。

（3）程序编写

O1 （程序名）

M3 S500 T1

G0 X80 （X定位）

Z10 （Z定位）

#1=0.5 （刀走R0.5圆弧，刀的中心。）

N1 #2=SQ [0.25-#1*#1] （公式）

#3=#1+13.5 （Z向螺纹起点和凸圆弧偏移两个圆心距。）

#4=67.5-2*#2 （X向螺纹起点）

G0 X#4 Z#3 （从X70 Z10定位到X#4 Z#3）

G32 Z-47 F7 （螺纹车削）

G0 X80 （退刀）

Z10 （退刀）

#1=#1-0.1 （每刀进给量）

IF [#1 GT -0.5] GOTO1（判定）

G0 X100 Z100 （退刀）

M5

M30

（4）质量控制

为了保证零件加工质量，对刀时X向留0.3mm左右的余量，螺纹车完后测量。通过修改磨耗来修调尺寸，最终达到精度要求

参考文献

[1]刘立.数控车床编程与操作[M].北京：北京理工大学出版社.2006.

[2]孙德茂.数控机床车削加工直接编程技术[M].北京：机械工业出版2005.