惠氏改型錐管螺紋數(shù)控加工工藝的研究

于翠華，李樹偉

(哈爾濱電機廠有限責任公司， 黑龍江哈爾濱 150040)

惠氏改型錐管螺紋數(shù)控加工工藝的研究

于翠華，李樹偉

(哈爾濱電機廠有限責任公司， 黑龍江哈爾濱 150040)

在“全氫冷”和“水氫冷”的汽輪發(fā)電機導電桿和軸向引線上的螺紋連接使用改型的惠氏錐管螺紋。由于進口絲錐經(jīng)常損壞，采購困難，為此采用數(shù)控機床擬合螺旋線運動進行了試加工，取得了成功，減少了廢品，提高了精度，實現(xiàn)非標椎管螺紋的數(shù)控銑削加工。

汽輪發(fā)電機；導電桿；惠氏改型錐管螺紋；數(shù)控銑削加工

0 引言

汽輪發(fā)電機導電桿的連接螺紋孔采用改型的惠氏螺紋，按照引進的西屋公司技術，使用在“全氫冷”和“水氫冷”汽輪發(fā)電機導電桿和軸向引線上。西屋公司對上述兩個零件的螺紋連接要求很高。他們沒有采用傳統(tǒng)的英國惠氏螺紋和美國國家標準螺紋，而采用特殊設計的“惠氏改型錐管螺紋”來達到良好的導電性和機械連接。

1 惠氏改型錐管螺紋的結構

惠氏改型錐管螺紋螺孔(見圖1)的加工一直困擾著工藝人員。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，其規(guī)格從2.188"一種，逐漸發(fā)展為1.125"，1.375"，1.5"和1.75"共五種規(guī)格。這種螺紋的加工國產(chǎn)化已經(jīng)成為當務之急。

錐絲加工錐管螺紋一般只用于錐度小于1∶16的螺紋，直徑不大于2"。當錐度大于1∶16時，特別是當錐度是1∶6.4，且直徑大于2"時，其切削力非常大，因此只能在機床上使用?；菔细男吐菁y就是直徑大于2"，錐度是1∶6.4的特殊螺紋。由于它不僅僅用切削絲錐部分進行切削，而且整圓錐部分也參與切削，因此它沒有完全的自導作用。工作時需要強制推進，而且扭矩也極大。正是有上述的特點，用這種絲錐加工容易出現(xiàn)不合格品，產(chǎn)生的螺紋表面質(zhì)量也不高。絲錐的損耗也較大。

圖1 惠氏改型錐管螺紋結構

2 數(shù)控加工工藝

600 MW汽輪發(fā)電機項目中導電螺桿就采用了這種非標準的惠氏改型錐管螺紋，一直采用進口絲錐進行加工。由于惠氏改型錐管螺紋的結構而造成錐管絲錐刀具的損壞。國外進口的定購貨源極少，價格昂貴，周期長，從而成為生產(chǎn)進度的瓶頸。

為此進行了專題會議研究，并對數(shù)控編程的可行性進行了分析。決定開始進行試驗性加工，先后完成三種樣件的加工并進行了塞規(guī)和涂色檢查，還專門進行了拉伸試驗，結果完全合格。從而完成了由絲錐加工向數(shù)控機床程序加工的工藝性轉變，提高了產(chǎn)品的合格率和螺紋的表面質(zhì)量，不再依靠國外進口工具，使用國產(chǎn)螺紋刀具替代了進口的錐鉸刀和絲錐刀具，從而實現(xiàn)了錐管螺紋加工的國產(chǎn)化，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

數(shù)控加工過程是按輸入程序自動完成的。一般情況下，操作者主要是進行程序的輸入和編輯、工件的裝卸、刀具的準備、加工狀態(tài)的監(jiān)控等工作，而不需要進行繁重的重復性手工操作，勞動強度和緊張程度大為減輕，相應地改善了勞動條件。[1]

3 解決方法

為了實現(xiàn)這種螺紋的編程，對這種改型的錐管螺紋進行了系統(tǒng)的分析，確定出主要加工工藝的參數(shù)見表1。

表1 改型惠氏螺紋參數(shù)

螺紋的齒形是55°的三角形，可以采用成型的刀片來保證齒形的準確。問題的關鍵是控制錐度方向上的齒高和螺距，這也是數(shù)控編程所要解決最主要技術問題。由于是圓錐形上的螺旋線，它的螺距方向和半徑方向均是自變量，必須求出圓錐螺旋線的方程式，并通過方程式來求出半徑和軸向的變量。

//螺紋曲線生成公式

D=55.5752 //公稱直徑

p=25.4/12 //螺距

k=1/6.4 //錐角

n=25 //圈數(shù)

t=0 //參數(shù)(0～1)

a=360×n×t//總圈數(shù)

l=p×n//總長度

r=(D-l×k)/2 //計算出小徑值

r_var=r+p×k/2/360×a//變半徑值

z_var=p×a/360 //變高度值

xt=-r_var×sin(a) //x分量

yt=r_var×cos(a) //y分量

zt=z_var-l //z分量

通過公式形成空間坐標點來完成數(shù)控加工程序的數(shù)學理論計算。參數(shù)計算值見表2。通過公式求出了它的曲線方程，為數(shù)控編程提供了理論依據(jù)。利用UGNX軟件的規(guī)律曲線功能，將螺紋曲線的公式輸入運算式表格形成表達式。表達式是算術或條件語句，用來控制零件特征。表達式可以用來定義或控制一個模型的多種尺寸，例如一個特征或一個草圖的尺寸。表達式在參數(shù)化設計中是十分有意義的，它可以用來控制同一個零件上的不同特征間的關系或一個裝配中的不同零件間的關系。[2]

表2 螺紋曲線的參數(shù)計算值

用方程式生成的螺紋曲線(見圖2)。

圖2 螺旋曲線

最先是采用積分方式完成數(shù)控程序，通過給定的精度來求出螺旋線上的各點坐標值。當逼近的數(shù)值足夠精確時(0.03 mm)，就可以確定出螺旋線，再用特定的后置處理程序來轉換成數(shù)控加工程序。這種方法所生成的程序容量巨大，修改和編輯困難。最重要的是數(shù)控機床的內(nèi)存儲器的容量十分的有限，無法一次性裝入程序，通用性差，只能在機床內(nèi)存儲器容量很大的數(shù)控機床上加工。

為了解決機床內(nèi)存容量問題，通過數(shù)學計算的方法，采用圓弧逼近的方式，利用機床的圓弧插補功能對數(shù)據(jù)進行分解，轉變成圓弧段，極大地縮小了程序的容量，實現(xiàn)了理論方程向實際應用的轉變。并在數(shù)控機床上加工完成了錐管螺紋的成品件，解決了生產(chǎn)上的問題。

最后為了徹底解決數(shù)控編程中的螺紋加工問題，實現(xiàn)通用性，完成了宏程序的編制。通過循環(huán)變量的調(diào)用來減少程序的容量，程序容量由2 MB減少為1 KB，縮小了2000倍，功能卻一點也沒有改變。這種宏程序不再依靠軟件來計算完成，通用性好，編程靈活。程序見圖3。

圖3 程序框圖

程序框圖見圖4。

本程序的通用性好，可以完成柱型、錐型、椎管型等各種螺紋的加工，實現(xiàn)了全參數(shù)化的螺紋加工編程。使螺紋類數(shù)控加工編程準確、方便快捷，減少了調(diào)試程序的時間和出錯率，不再利用第三方軟件來計算，完全用手工就可以完成，并可以推廣成為標準模塊使用。已經(jīng)利用這個模塊對300 MW項目導電桿的兩種標準錐管螺紋進行了編程加工，取得了成功。并在這個的基礎上，對應用進行了擴展，替代了錐鉸刀來完成錐孔的加工，表面質(zhì)量可以很容易就達到設計的要求，極大地緩解了生產(chǎn)的壓力，節(jié)省了購買外國絲錐、鉸刀的資金和時間，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)質(zhì)量，減少了廢品率。

圖4 程序框圖

4 結語

進行了首件螺紋孔的加工，并用進口塞規(guī)進行檢查合格。由于導電桿的導電性和機械連接性要求較高，又對加工完成的工件進行了拉伸試驗，結果完全合格。因此，只要我們認真對待引進技術中的關鍵部分，進行深入分析，找出關鍵所在，就不難解決問題。

[1] 漆軍，何冰強. 數(shù)控加工工藝[M].北京：機械工業(yè)出版社.

[2] 丁煒，勛建國.UG設計應用培訓教程[M].北京：清華大學出版社.