前風(fēng)扇聯(lián)軸器螺母內(nèi)螺紋銑除加工的工藝研究

摘 要：文章主要闡述了有關(guān)某發(fā)動(dòng)機(jī)上前風(fēng)扇聯(lián)軸器螺母內(nèi)螺紋銑除加工的工藝研究。共分為聯(lián)軸器螺母內(nèi)螺紋的研究，銑加工設(shè)備的選擇，數(shù)控程序的編制和零件試制4個(gè)部分。聯(lián)軸器螺母屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)重要的轉(zhuǎn)子連接件，它的安全性和可靠性十分重要。設(shè)計(jì)圖紙中內(nèi)螺紋的尺寸具有重要特性，是聯(lián)軸器螺母的關(guān)鍵工序，其內(nèi)螺紋尺寸要求嚴(yán)格，精度高，表面粗糙度低，技術(shù)條件要求嚴(yán)格。因螺紋為螺旋線結(jié)構(gòu)，并且螺牙之間的距離很小，光度和尺寸精度要求嚴(yán)格，內(nèi)螺紋的銑除加工靠打磨或普通設(shè)備根本無(wú)法保證，只能應(yīng)用數(shù)控加工的方法進(jìn)行，而數(shù)控銑除內(nèi)螺紋的加工也是首次，對(duì)其進(jìn)行工藝研究很有必要。

關(guān)鍵詞：聯(lián)軸器螺母；內(nèi)螺紋；銑加工；數(shù)控

1 聯(lián)軸器螺母內(nèi)螺紋的研究

螺紋零件為最常用的機(jī)械零件，無(wú)論在緊固連接、導(dǎo)管密封接合、傳遞動(dòng)力、機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)及位移放大與微調(diào)等方面均需借助螺紋的功能。前風(fēng)扇聯(lián)軸器螺母為轉(zhuǎn)包零件，是美國(guó)GE公司CF6-80E發(fā)動(dòng)機(jī)上的零件（見(jiàn)下圖）， 聯(lián)軸器螺母的毛料為鎳基合金鍛件，零件尺寸規(guī)格為φ137×48mm，厚度9mm。

聯(lián)軸器螺母內(nèi)螺紋采用的是美國(guó)聯(lián)邦螺紋標(biāo)準(zhǔn)，該螺紋為單頭螺紋，并且依據(jù)美國(guó)螺紋標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有特殊注明的螺紋均為右旋螺紋（見(jiàn)下圖）。

上圖中符號(hào)和數(shù)值的含義為：？苓符號(hào)代表該尺寸為重要尺寸；4.75代表內(nèi)螺紋的大徑，單位英寸；12代表在每英寸范圍內(nèi)的螺牙數(shù)；UNJF中的UN代表不變螺距，J代表加強(qiáng)型，F(xiàn)代表細(xì)牙，UNJF即為不變螺距的加強(qiáng)型細(xì)牙螺紋；3B中的3為螺紋等級(jí)，B代表內(nèi)螺紋。圓頭起始按MIL-S-8879，MIL-S-8879為控制牙底半徑并增大小徑的螺紋通用規(guī)范，已被批準(zhǔn)作為美國(guó)聯(lián)邦螺紋標(biāo)準(zhǔn)之一，與UNJ統(tǒng)一加強(qiáng)螺紋標(biāo)準(zhǔn)完全一致。UN統(tǒng)一螺紋標(biāo)準(zhǔn)為美國(guó)緊固件的基本螺紋標(biāo)準(zhǔn)，UN統(tǒng)一螺紋為在機(jī)械和結(jié)構(gòu)內(nèi)作緊固用的完整的螺紋制度，其顯著特點(diǎn)是通過(guò)螺紋牙型、直徑-螺距組合和尺寸極限的標(biāo)準(zhǔn)化來(lái)達(dá)到螺紋的互換性。不變螺距系列適用于需反復(fù)裝配和分解的零件上，或以加大尺寸重新加工螺紋來(lái)修復(fù)磨損螺紋之處。螺紋等級(jí)是按彼此間的公差和容差量來(lái)分類的，分等級(jí)的作用是為了保證螺紋件的互換性能。內(nèi)螺紋分為3個(gè)不同的等級(jí)，它們是：1B、2B、3B。3B級(jí)內(nèi)螺紋供緊密配合并對(duì)螺紋導(dǎo)程與夾角要求極高之處使用，3B級(jí)內(nèi)螺紋的中徑無(wú)論有無(wú)涂鍍層均為基本中徑，要能與無(wú)容差或間隙的最大實(shí)體零件配合。UNJF螺紋適用于高溫以及在產(chǎn)品實(shí)際尺寸與重量相同條件下需有較高疲勞壽命和應(yīng)力級(jí)的場(chǎng)合，如用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)及飛機(jī)、導(dǎo)彈、宇航飛行器及對(duì)尺寸與重量要求極為嚴(yán)格的類似設(shè)計(jì)之處。在這里還要介紹幾個(gè)螺紋輪廓尺寸術(shù)語(yǔ)，在后續(xù)的編程計(jì)算中將會(huì)用到。

（1）螺距：相鄰螺牙在中徑線上對(duì)應(yīng)二點(diǎn)間的距離，基本螺距等于導(dǎo)程除以螺紋線數(shù)。

（2）導(dǎo)程：配對(duì)螺紋件旋轉(zhuǎn)一整圈時(shí)移動(dòng)的軸向距離。

（3）每英寸螺牙數(shù)：為螺距（英寸數(shù)）的倒數(shù)。

2 銑加工設(shè)備的選擇

聯(lián)軸器螺母的尺寸規(guī)格為φ137×48，厚度9mm，屬于較小的零件，因此數(shù)控設(shè)備的選擇不能太大，以免造成不必要的資源浪費(fèi)，同時(shí)也利于零件的找正和試加工時(shí)的觀察。螺旋線的銑削要求設(shè)備必須是立式四坐標(biāo)的加工中心，并且必須有轉(zhuǎn)臺(tái)。通過(guò)以上的要求來(lái)考察，95車間的MAHO四坐標(biāo)加工中心符合這一要求。下面就要看該設(shè)備是否具有螺旋線的銑削功能了，通過(guò)學(xué)習(xí)MAHO的操作手冊(cè)發(fā)現(xiàn)，MAHO有一個(gè)螺旋線插補(bǔ)的功能。螺旋線插補(bǔ)的含義為在加工平面上有圓周運(yùn)動(dòng)同時(shí)有刀具軸的直線運(yùn)動(dòng)。該命令的格式為G2 X Y Z I J2 K（升程=2mm），用該命令編程時(shí)除了要寫出圓周中心點(diǎn)坐標(biāo)外，必須寫出圓周運(yùn)動(dòng)三個(gè)坐標(biāo)軸的終點(diǎn)坐標(biāo)或每轉(zhuǎn)一周的升程。因螺旋線坐標(biāo)點(diǎn)難于確定，因此程序編制采用升程的方法。

3 數(shù)控程序的編制

因聯(lián)軸器螺母內(nèi)螺紋后續(xù)工序還要電鍍銀層，按美國(guó)螺紋標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定沒(méi)有特殊注明的螺紋尺寸都為鍍后尺寸。通過(guò)查美國(guó)聯(lián)邦螺紋標(biāo)準(zhǔn)并減去鍍層厚度計(jì)算得出鍍前的大、中、小徑為120.7-121.14mm、119.33-119.45mm、118.64-118.85mm。根據(jù)螺旋線插補(bǔ)命令的格式還要計(jì)算出導(dǎo)程，根據(jù)前面的定義知道，基本螺距=導(dǎo)程/螺紋線數(shù)，聯(lián)軸器螺母內(nèi)螺紋為單頭螺紋，因此導(dǎo)程等于螺距，螺距=1/每英寸螺牙數(shù)，經(jīng)計(jì)算得到導(dǎo)程為1.7mm。

通過(guò)上圖可以知道，不完全螺紋去除后凸出螺紋牙底的高度為0-0.123mm，銑除螺紋轉(zhuǎn)接R為12.7-38.1mm。該轉(zhuǎn)接R可以直接用刀具保證。由于尺寸特性為重要特性，程序中使用了刀具的半徑補(bǔ)償和刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償。輪廓銑：銑刀刀心的運(yùn)動(dòng)軌跡并不等于加工零件的實(shí)際輪廓，在進(jìn)行輪廓加工時(shí)，銑刀中心偏離零件輪廓表面一個(gè)刀具半徑值，因此必須考慮進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償，在程序編制時(shí)合理地使用指令G41、G42和G40，即可建立刀具半徑補(bǔ)償和取消刀具半徑補(bǔ)償。刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償：通過(guò)改變刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償坐標(biāo)值上刀。將數(shù)控系統(tǒng)中刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償欄內(nèi)對(duì)應(yīng)刀號(hào)的長(zhǎng)度補(bǔ)償坐標(biāo)Y進(jìn)行修正，使刀具在整個(gè)坐標(biāo)系中進(jìn)行平移。一般情況下，按對(duì)刀儀對(duì)刀和刀補(bǔ)中上刀，可加工出合格產(chǎn)品。但在實(shí)際加工中，不可遇見(jiàn)的問(wèn)題會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)。為了加工出優(yōu)質(zhì)的精品，防止對(duì)刀儀不準(zhǔn)確和零件加工中出現(xiàn)了讓刀，操作者需邊加工邊測(cè)量，才能做到精益求精。

編制的程序如下：

N95000

N1 G18 T31 M6

N2 G54

N3 G90

N4 G0 X0 Y50 Z0 B0 S200 M13

N5 Y-2.473

N6 X35

N7 G42

N8 G1 X60.57 F100

N9 G2 X60.57 Z0 I0 J-1.7 K0

N10 G1 X35

N11 G0 X0 Y50 Z0

N15 G40

N12 M5

N13 M30

4 零件試制

程序編制完成以后還需要現(xiàn)場(chǎng)的零件試加工，以驗(yàn)證加工方法和程序的正確性。見(jiàn)下圖

在試加工之前，首先用記號(hào)筆標(biāo)記出螺紋的起刀點(diǎn)，將螺紋的起刀點(diǎn)找正在X軸的正方向上，并找正零件圓心與轉(zhuǎn)臺(tái)的中心重合，基準(zhǔn)面為A面，夾緊D面，找正C面跳動(dòng)不大于0.04mm。以D端面作為對(duì)刀點(diǎn)并作為Y軸零點(diǎn)，零件圓心為X軸和Z軸的零點(diǎn)。為了保證螺紋的轉(zhuǎn)接R值，選用φ40的圓柱銑刀。按程序加工后發(fā)現(xiàn)，程序所走的螺旋線是正確的，但該指令只走360°，經(jīng)過(guò)測(cè)量銑除一圈螺紋并沒(méi)有完全去除不完全螺紋，通過(guò)加大程序中的升程數(shù)值發(fā)現(xiàn)并不能使設(shè)備銑多圈的螺旋線，只能采用其它方法。最終用下面的方法解決了此問(wèn)題：首先用記號(hào)筆標(biāo)記出螺紋的起刀點(diǎn)和完全螺紋的位置，找正時(shí)先按照螺紋起刀點(diǎn)在X軸正向的方法找正零件，然后按程序正常銑削，當(dāng)程序走到完全螺紋標(biāo)記位置時(shí)，將程序停止，查看刀具目前所下的深度，記錄該深度數(shù)值，然后旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)，將完全螺紋標(biāo)記位置轉(zhuǎn)到X軸正向，將該方向定為角向零點(diǎn)。然后將記錄的深度數(shù)值代替起始深度值，這樣一來(lái)程序就改變?yōu)閺耐耆菁y位置起刀，走一圈就正好銑到完全螺紋的位置，通過(guò)調(diào)整刀補(bǔ)及深度加工出的零件完全符合要求。

參考文獻(xiàn)

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[3]榮瑞方.數(shù)控加工工藝與編程.機(jī)械工業(yè)出版社，1995.8.

作者簡(jiǎn)介：張世巍（1978-），男，籍貫：遼寧鞍山學(xué)歷：大學(xué)職務(wù)：工程師研究方向：航空零件機(jī)械加工。