LY12硬鋁異形螺紋的加工

王麗

摘 ?要：文章以LY12硬鋁材質(zhì)的典型零件進(jìn)行實(shí)例分析。針對(duì)薄壁零件和圓弧螺紋兩大難點(diǎn)進(jìn)行介紹，提出解決方案，并進(jìn)行實(shí)例加工。在近年來(lái)的數(shù)控加工產(chǎn)品中，較為常見(jiàn)的加工有異形螺紋的加工，下面就圓弧螺紋這一典型零件來(lái)進(jìn)行工藝和編程分析。由于該零件壁薄，因此要充分考慮產(chǎn)品加工的工藝問(wèn)題，對(duì)工件的刀具的幾何參數(shù)和裝夾來(lái)進(jìn)行分析，這樣就使得薄壁零件在加工中出現(xiàn)變形的機(jī)率變小，因?yàn)楫愋温菁y的幾何外形特殊，工藝復(fù)雜，無(wú)法運(yùn)用數(shù)控編程螺紋指令直接編程，應(yīng)選擇合理的刀具、螺紋切削指令，同時(shí)也要加入宏程序來(lái)完成零件的加工。

關(guān)鍵詞：工藝分析;薄壁零件;異形螺紋;宏程序

中圖分類號(hào)：TG62 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2019）13-0116-02

Abstract： In this paper， the typical parts of LY12 hard aluminum material are analyzed by examples. This paper introduces the two difficulties of thin-walled parts and circular arc thread， puts forward the solution， and carries on the example processing. In recent years， in the CNC machining products， the more common machining has special-shaped thread processing， the next on the arc thread this typical part of the process and programming analysis. Because the wall of the part is thin， the process problem of the product processing should be fully considered， and the geometric parameters and clamping of the cutting tool of the workpiece should be analyzed， so that the probability of deformation of the thin-walled part in machining is reduced. Because of the special geometry and complex technology of special-shaped thread， it is impossible to program directly by using CNC programming thread instruction. Reasonable instructions for cutting tool and thread should be selected. At the same time， macro program should be added to complete the machining of parts.

Keywords： process analysis; thin-walled parts; special-shaped thread; macro program

1 典型實(shí)例工藝分析

1.1 零件圖分析

工件特點(diǎn)：壁薄、精度高，異形螺紋。材料為L(zhǎng)Y12硬鋁，毛坯尺寸為？準(zhǔn)80×80。單件加工。（1）硬鋁具有很高的強(qiáng)度和良好的切削加工性能，但耐腐蝕性較差，強(qiáng)度高，有一定的耐熱性。加工時(shí)容易粘刀，應(yīng)合理選擇切削三要素和切削液。（2）由于零件右端內(nèi)外輪之間的壁厚最小部分為1mm，所以在車削時(shí)應(yīng)分粗精加工，并充分冷卻后才能精加工。（3）圓弧螺紋最大直徑？準(zhǔn)69.5mm，長(zhǎng)度27mm，凹圓弧與凸圓弧組合螺旋槽繞圓柱面形成右旋異形圓弧螺紋。圓弧螺紋螺距7mm，螺紋頂部的凸圓弧半徑為R1，螺紋底部的凹圓弧為R2.5，凸凹兩圓弧相切且圓心在同一條直線上，切深3.5mm。所以可以采用直進(jìn)式螺紋加工方法，并合理選擇加工刀具。（4）為保證裝夾穩(wěn)定性，應(yīng)先加工零件左端，再加工零件右端。

1.2 刀具的選擇

（1）根據(jù)工件材質(zhì)選擇。由于工件材料為L(zhǎng)Y12硬鋁，建議使用下列三類刀具之一：a.不鍍層的超細(xì)顆粒硬質(zhì)合

金刀具。b.帶未含鋁鍍層（PVD）方法的硬質(zhì)合金刀具，如鍍TiN、TiC等。c.用金剛石刀具。（2）根據(jù)工件圖樣選擇。該零件圖的圓弧螺紋深度較深，采用尖刀或30°外圓偏刀，會(huì)產(chǎn)生加工干涉，故只能選取圓弧車刀，在選用圓弧刀時(shí)要根據(jù)所加工的螺紋圓弧的大小來(lái)確定，圓弧半徑R對(duì)刀尖的強(qiáng)度及加工表面光潔度的影響比較大，選用的圓弧刀的半徑要小于所加工的螺紋圓弧的半徑。半徑不宜選擇太小，否則不但制造困難，還會(huì)因刀具強(qiáng)度太弱或刀體散熱能力差而導(dǎo)致車刀損壞。因此我選用R2的圓弧切刀來(lái)加工該圓弧螺紋，外輪廓的臺(tái)階軸采用35度偏刀加工。

2 加工難點(diǎn)

2.1 薄壁加工

常規(guī)薄壁零件的強(qiáng)度弱和剛性差，在加工的過(guò)程中會(huì)變形，會(huì)使得零件的形位誤差變大，從而加工質(zhì)量不易保證。薄壁零件加工精度的影響因素主要有：零件受力變形、零件受熱變形、零件振動(dòng)變形三方面，因工件壁薄，容易產(chǎn)生變形。在夾緊力的作用下，對(duì)零件的尺寸和形狀精度產(chǎn)生影響;因工件較薄，切削熱會(huì)引起工件熱變形，使工件尺寸難于控制。在切削力的作用下，容易產(chǎn)生振動(dòng)和變形，影響工件的尺寸精度、形狀、位置精度和表面粗糙度。

2.2 異形螺紋

異形螺紋無(wú)法運(yùn)用數(shù)控編程螺紋指令直接編程，應(yīng)合理的選擇刀具和螺紋切削指令，同時(shí)結(jié)合宏程序才能完成零件的加工。由于螺距較大應(yīng)合理選擇主軸的轉(zhuǎn)速。

3 解決方案

3.1 加工薄壁零件時(shí)

（1）薄壁零件的工藝要求。車削薄壁零件易變形，這主要是工件內(nèi)部存在內(nèi)應(yīng)力和夾緊力不均勻而產(chǎn)生的夾緊外應(yīng)力，根據(jù)薄壁的特點(diǎn)和要求選擇合理的工藝方案，是保證薄壁零件的加工質(zhì)量的關(guān)鍵，同時(shí)要從防止變形和保證精度出發(fā)設(shè)計(jì)加工工藝。所以應(yīng)利用鏜孔刀先加工內(nèi)孔，然后再加工外圓。（2）工件的裝夾。對(duì)于一些壁厚較薄，且外圓無(wú)法進(jìn)行裝夾的薄壁零件需采用心軸進(jìn)行固定，同時(shí)要保證內(nèi)孔加工時(shí)的同軸度。對(duì)于較短的薄壁零件，三爪卡盤顯然不夠裝夾，這時(shí)就要用到軟卡爪，不僅可以防止薄壁外形被夾變形，也有利于較短薄壁的裝夾。該零件選用三爪卡盤裝夾，夾緊力不要太大，防止夾緊變形。裝夾工件時(shí)應(yīng)注意不要讓工件晃動(dòng)的太明顯，因?yàn)榱慵耐鈭A直徑尺寸為？準(zhǔn)76mm，毛坯直徑為？準(zhǔn)80mm，單邊只有2mm的去除余量，所以晃動(dòng)過(guò)大會(huì)導(dǎo)致同軸度超差，最終導(dǎo)致薄壁的壁厚不一。（3）薄壁零件的加工方法。加工時(shí)需要把粗加工和精加工按順序進(jìn)行，以免粗加工時(shí)切削力過(guò)大而導(dǎo)致零件變形。由于該零件的尺寸要求高，粗加工完充分冷卻后再半精加工，主要是修正粗加工中產(chǎn)生的變形，最后再精加工，外形和尺寸才能得到保證。（4）刀具的幾何參數(shù)、切削用量和切削液。合理選擇刀具的幾何參數(shù)對(duì)薄壁零件的車削加工相當(dāng)重要，車薄壁零件時(shí)，選用刀具要求刀柄的剛度要高，車刀的修光刃不宜過(guò)長(zhǎng)（一般取0.2mm-0.3mm），前角要大，刃口要鋒利，吃刀量要小，避免切削力過(guò)大導(dǎo)致零件變形。冷卻液要充分供給（選用煤油），防止粘刀及粗糙度變差。

3.2 加工異型螺紋時(shí)

對(duì)于異型螺紋而言，由于其形狀較為復(fù)雜、而且具有不固定性，因此無(wú)法利用G76和G92對(duì)異型螺紋進(jìn)行車削加工，由零件圖可知圓弧螺紋螺距7mm，切深為3.5mm，所以可以采用直進(jìn)法使用G32與用戶宏程序相結(jié)合的辦法車削加工異型螺紋，就能夠解決異型螺紋的車削加工問(wèn)題。但由于螺距較大，所以主軸轉(zhuǎn)速不應(yīng)超過(guò)500r/min。如果加工速度過(guò)快，撞刀的可能性就越大，為了能加工出高質(zhì)量的異形紋應(yīng)合理選擇主軸轉(zhuǎn)速。

（1）宏程序編程思路。采用R2圓弧刀分層切削的方式進(jìn)行;以G32指令由外向里逐層切削。讓刀具沿著圓弧F7的螺距運(yùn)動(dòng)，從而得到相應(yīng)的圓弧螺旋線。

（2）走刀路線（圖1、圖2）

（3）程序編寫

a.凹圓弧程序

O1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（程序名）

M3 S500 T1

G0 X80 ? ? ? ? ? ? ? ?（X定位）

Z10 ? ? ? ? ? ? ? ? ? （Z定位）

#1=0.5 ? ? ? ? ? ? （刀走R0.5圓弧，刀的中心。）

N1 #2=SQ [0.25-#1*#1] ?（公式）

#3=#1+13.5 ? ? ? ? ?（Z向螺紋起點(diǎn)和凸圓弧偏移兩個(gè)圓心距。）

#4=67.5-2*#2 ? ? ? ? ?（X向螺紋起點(diǎn)）

G0 X#4 Z#3 ? ? ? ?（從X70 Z10定位到X#4 Z#3）

G32 Z-47 F7 ? ? ? ? ? （螺紋車削）

G0 X80 ? ? ? ? ? ? ? ? （退刀）

Z10 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（退刀）

#1=#1-0.1 ? ? ? ? ? ? ?（每刀進(jìn)給量）

IF [#1 GT -0.5] GOTO1 （判定）

G0 X100 Z100 ? ? ? ? ? （退刀）

M5

M30

b.凸圓弧程序

O2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （程序名）

M3 S500 T1

G0 X80 ? ? ? ? ? ? ? ?（X定位）

Z10 ? ? ? ? ? ? ? ? ? （Z定位）

#1=3 ? ? ? ? ? ? ? ?（刀走R3.5圓弧，刀的中心。）

N1 #2=SQ [9-#1*#1] ? ?（公式）

#3=#1+10 ? ? ? （Z向螺紋起點(diǎn)，和凹圓弧偏移兩個(gè)圓心距。）

#4=67.5+2*#2 ? ? ? ? ?（X向螺紋起點(diǎn)）

G0 X#4 Z#3 ? ? ? ?（從X70 Z10定位到X#4 Z#3）

G32 Z-47 F7 ? ? ? ? ? （螺紋車削）

G0 X80 ? ? ? ? ? ? ? ?（退刀）

Z10 ? ? ? ? ? ? ? ? ? （退刀）

#1=#1-0.1 ? ? ? ? ? ? （每刀進(jìn)給量）

IF [#1 GT -3.5] GOTO1（判定）

G0 X100 Z100 ? ? ? ? ?（退刀）

M5

M30

（4）質(zhì)量控制。為了保證零件加工質(zhì)量，對(duì)刀時(shí)X向留0.3mm左右的余量，螺紋車完后測(cè)量。通過(guò)修改磨耗來(lái)修調(diào)尺寸，最終達(dá)到精度要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)典型零件介紹零件的材質(zhì)及加工工藝，分析圖中薄壁零件和圓弧螺紋的兩大加工難點(diǎn)，解決在車削加工中遇到的主要問(wèn)題，以及采取相應(yīng)的解決方案。通過(guò)實(shí)際加工生產(chǎn)，有效地解決了以上兩點(diǎn)難于加工的問(wèn)題，減輕了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，并保證了加工的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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