LY12硬鋁異形螺紋的加工

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　　摘  要：文章以LY12硬鋁材質的典型零件進行實例分析。針對薄壁零件和圓弧螺紋兩大難點進行介紹，提出解決方案，并進行實例加工。在近年來的數控加工產品中，較為常見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進行工藝和編程分析。由于該零件壁薄，因此要充分考慮產品加工的工藝問題，對工件的刀具的幾何參數和裝夾來進行分析，這樣就使得薄壁零件在加工中出現變形的機率變小，因為異形螺紋的幾何外形特殊，工藝復雜，無法運用數控編程螺紋指令直接編程，應選擇合理的刀具、螺紋切削指令，同時也要加入宏程序來完成零件的加工。
　　關鍵詞：工藝分析;薄壁零件;異形螺紋;宏程序
　　中圖分類號：TG62         文獻標志碼：A         文章編號：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 典型實例工藝分析
　　1.1 零件圖分析
　　工件特點：壁薄、精度高，異形螺紋。材料為LY12硬鋁，毛坯尺寸為？準80×80。單件加工。（1）硬鋁具有很高的強度和良好的切削加工性能，但耐腐蝕性較差，強度高，有一定的耐熱性。加工時容易粘刀，應合理選擇切削三要素和切削液。（2）由于零件右端內外輪之間的壁厚最小部分為1mm，所以在車削時應分粗精加工，并充分冷卻后才能精加工。（3）圓弧螺紋最大直徑？準69.5mm，長度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。所以可以采用直進式螺紋加工方法，并合理選擇加工刀具。（4）為保證裝夾穩定性，應先加工零件左端，再加工零件右端。
　　1.2 刀具的選擇
　?。?）根據工件材質選擇。由于工件材料為LY12硬鋁，建議使用下列三類刀具之一：a.不鍍層的超細顆粒硬質合
　　金刀具。b.帶未含鋁鍍層（PVD）方法的硬質合金刀具，如鍍TiN、TiC等。c.用金剛石刀具。（2）根據工件圖樣選擇。該零件圖的圓弧螺紋深度較深，采用尖刀或30°外圓偏刀，會產生加工干涉，故只能選取圓弧車刀，在選用圓弧刀時要根據所加工的螺紋圓弧的大小來確定，圓弧半徑R對刀尖的強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，還會因刀具強度太弱或刀體散熱能力差而導致車刀損壞。因此我選用R2的圓弧切刀來加工該圓弧螺紋，外輪廓的臺階軸采用35度偏刀加工。
　　2 加工難點
　　2.1 薄壁加工
　　常規薄壁零件的強度弱和剛性差，在加工的過程中會變形，會使得零件的形位誤差變大，從而加工質量不易保證。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、零件振動變形三方面，因工件壁薄，容易產生變形。在夾緊力的作用下，對零件的尺寸和形狀精度產生影響;因工件較薄，切削熱會引起工件熱變形，使工件尺寸難于控制。在切削力的作用下，容易產生振動和變形，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
　　異形螺紋無法運用數控編程螺紋指令直接編程，應合理的選擇刀具和螺紋切削指令，同時結合宏程序才能完成零件的加工。由于螺距較大應合理選擇主軸的轉速。
　　3 解決方案
　　3.1 加工薄壁零件時
　?。?）薄壁零件的工藝要求。車削薄壁零件易變形，這主要是工件內部存在內應力和夾緊力不均勻而產生的夾緊外應力，根據薄壁的特點和要求選擇合理的工藝方案，是保證薄壁零件的加工質量的關鍵，同時要從防止變形和保證精度出發設計加工工藝。所以應利用鏜孔刀先加工內孔，然后再加工外圓。（2）工件的裝夾。對于一些壁厚較薄，且外圓無法進行裝夾的薄壁零件需采用心軸進行固定，同時要保證內孔加工時的同軸度。對于較短的薄壁零件，三爪卡盤顯然不夠裝夾，這時就要用到軟卡爪，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。裝夾工件時應注意不要讓工件晃動的太明顯，因為零件的外圓直徑尺寸為？準76mm，毛坯直徑為？準80mm，單邊只有2mm的去除余量，所以晃動過大會導致同軸度超差，最終導致薄壁的壁厚不一。（3）薄壁零件的加工方法。加工時需要把粗加工和精加工按順序進行，以免粗加工時切削力過大而導致零件變形。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、切削用量和切削液。合理選擇刀具的幾何參數對薄壁零件的車削加工相當重要，車薄壁零件時，選用刀具要求刀柄的剛度要高，車刀的修光刃不宜過長（一般取0.2mm-0.3mm），前角要大，刃口要鋒利，吃刀量要小，避免切削力過大導致零件變形。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
　　對于異型螺紋而言，由于其形狀較為復雜、而且具有不固定性，因此無法利用G76和G92對異型螺紋進行車削加工，由零件圖可知圓弧螺紋螺距7mm，切深為3.5mm，所以可以采用直進法使用G32與用戶宏程序相結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題。但由于螺距較大，所以主軸轉速不應超過500r/min。如果加工速度過快，撞刀的可能性就越大，為了能加工出高質量的異形紋應合理選擇主軸轉速。
　?。?）宏程序編程思路。采用R2圓弧刀分層切削的方式進行;以G32指令由外向里逐層切削。讓刀具沿著圓弧F7的螺距運動，從而得到相應的圓弧螺旋線。
　?。?）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向螺紋起點和凸圓弧偏移兩個圓心距。）
　　#4=67.5-2*#2          （X向螺紋起點）
　　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，和凹圓弧偏移兩個圓心距。）
　　#4=67.5+2*#2          （X向螺紋起點）
　　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             （每刀進給量）
　　IF [#1 GT -3.5] GOTO1（判定）
　　G0 X100 Z100          （退刀）
　　M5
　　M30
　　（4）質量控制。為了保證零件加工質量，對刀時X向留0.3mm左右的余量，螺紋車完后測量。通過修改磨耗來修調尺寸，最終達到精度要求。
　　4 結束語
　　本文通過典型零件介紹零件的材質及加工工藝，分析圖中薄壁零件和圓弧螺紋的兩大加工難點，解決在車削加工中遇到的主要問題，以及采取相應的解決方案。通過實際加工生產，有效地解決了以上兩點難于加工的問題，減輕了操作者的勞動強度，并保證了加工的質量。
　　參考文獻：
　　[1]劉立.數控車床編程與操作[M].北京：北京理工大學出版社，2006.
　　[2]孫德茂.數控機床車削加工直接編程技術[M].北京：機械工業出版，2005.
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