新型小直徑內(nèi)螺紋銑刀加工試驗(yàn)研究

◇中國(guó)航發(fā)成都發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司 張兆飛 王 靖 張世貴

針對(duì)小徑內(nèi)螺紋銑削加工工藝不成熟，加工過程中面臨螺紋孔孔徑較小，刀柄和銑齒部分尺寸小，螺紋銑刀剛性不足等問題，研制出新型小直徑內(nèi)螺紋銑刀。本文對(duì)新研制的銑刀進(jìn)行介紹，同時(shí)針對(duì)不同工藝下螺紋銑刀加工進(jìn)行試驗(yàn)研究，并對(duì)加工的螺紋進(jìn)行測(cè)量，驗(yàn)證新型螺紋銑刀的可行性。

1 引言

現(xiàn)有工藝所設(shè)計(jì)微小孔螺紋加工刀具，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣螺紋孔加工成型形狀為喇叭口型，中徑超差達(dá)0.05 mm以上，錐度偏差超過0.1 mm，且刀具有效壽命極短。因此，提出適用于小尺寸的螺紋銑刀結(jié)構(gòu)對(duì)提高微螺紋孔的加工精度、加工效率及銑削加工邁向智能制造具有重要意義。Guillaume Fromentin研究螺紋銑刀幾何形狀與名義螺紋輪廓之間的關(guān)系，提出一種通過螺紋銑刀包絡(luò)線的方法去分析生成的螺紋截面，并通過修正幾何誤差的方式提高螺紋加工精度[1-2]。嚴(yán)凱等人分析建立了切削厚度和相鄰走刀形成截面積的表達(dá)方法，研究了高溫合金螺紋銑削過程中的銑削力和扭矩[2]。上訴研究對(duì)于適用于小尺寸的螺紋銑刀結(jié)構(gòu)研究甚少，本文針對(duì)新型小尺寸螺紋銑刀結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)加工，依據(jù)開發(fā)的銑削加工工藝方案，完成現(xiàn)場(chǎng)加工試驗(yàn)，完成加工螺紋孔檢測(cè)，多組加工試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了改進(jìn)設(shè)計(jì)的螺紋銑刀壽命更長(zhǎng)、加工精度更高。

2 新型螺紋銑刀結(jié)構(gòu)

為保證加工質(zhì)量在加工范圍內(nèi)，將刀具變形量考慮到刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，將刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為錐形結(jié)構(gòu)，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。銑刀總長(zhǎng)55 mm，有效切削長(zhǎng)度9.16 mm，切削段大端5.2085 mm，整個(gè)有效切削段成錐形，有利于減小螺紋孔的變形，同時(shí)提升銑刀整體剛度，提升加工質(zhì)量和刀具壽命。

圖1 螺紋銑刀基本結(jié)構(gòu)圖

3 加工試驗(yàn)

本文采用的四軸加工中心，試樣和刀具的裝夾如圖2所示。試驗(yàn)材料為Waspaloy高溫合金材料，國(guó)內(nèi)牌號(hào)為GH738，試樣為圓盤，其基本尺寸為直徑100 mm，厚度10 mm?，F(xiàn)場(chǎng)將試樣裝夾固定后，采用孔用銑刀加工螺紋通孔，然后采用螺紋銑刀加工螺紋，最后使用螺紋塞規(guī)檢測(cè)加工螺紋是否合格。并將加工的螺紋進(jìn)行三坐標(biāo)檢測(cè)。

圖2 加工數(shù)控中心及控制面板

圖3 試驗(yàn)用螺紋銑刀

本文研究的是直徑為7 mm，深度為7 mm的右旋螺紋銑削加工。利用試驗(yàn)片先加工螺紋底孔，銑孔加工參數(shù)為：主軸轉(zhuǎn)速1200RPM，進(jìn)給量為60 mm/min。采用螺紋銑刀共加工兩組螺紋底孔，每組5個(gè)螺紋孔。主要銑削參數(shù)變量為主軸轉(zhuǎn)速、每齒進(jìn)給量、和徑向切削深度，表1為具體實(shí)驗(yàn)方案。

表1 實(shí)驗(yàn)方案

按照設(shè)計(jì)的加工工藝，得到加工的螺紋孔見圖4，通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，可以發(fā)現(xiàn)，新型螺紋銑刀所加工的螺紋加工質(zhì)量明顯提升，表2為所能達(dá)到的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，其中螺紋孔錐度偏差可以達(dá)到0.006 mm，中徑偏差可達(dá)到0.01 mm，位置度最高可達(dá)0.45 mm；常規(guī)螺紋銑刀無(wú)法有效加工螺紋孔，新型螺紋銑刀所能加工的個(gè)數(shù)能達(dá)到12個(gè)。可見，新型螺紋銑刀以及配套設(shè)計(jì)的加工工藝具有良好的可行性可靠性。

圖4 加工完成后螺紋、鉆孔時(shí)切屑

表2 所能達(dá)到的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表

4 結(jié)論

（1）基于刀具變形量提出新型螺紋銑刀結(jié)構(gòu)，螺紋銑刀總長(zhǎng)55 mm，有效切削長(zhǎng)度9.16 mm，切削段大段5.2085 mm，整個(gè)有效切削段成錐形，有利于減小螺紋孔的變形，同時(shí)提升銑刀整體剛度，提升加工質(zhì)量和刀具壽命。

（2）新型螺紋銑刀所加工螺紋孔錐度偏差可以達(dá)到0.006 mm，中徑偏差可達(dá)到0.01 mm，位置度最高可達(dá)0.45 mm；常規(guī)螺紋銑刀無(wú)法有效加工螺紋孔，新型螺紋銑刀所能加工的個(gè)數(shù)能達(dá)到12個(gè)。