螺旋铣削

螺旋铣削（共3篇）

螺旋铣削 篇1

摘要：随着科技、经济的发展和人们生活水平的提高, 家用空调器已经逐步普及到寻常百胜家, 成为影响国家和某些地区经济发展的重要产业。我国的压缩机工业是在新中国成立以后建立发展起来的, 但国内本土企业的技术进步很快。

关键词：内螺旋槽,铣削加工,探讨

1 概述

随着科技、经济的发展和人们生活水平的提高, 家用空调器已经逐步普及到寻常百胜家, 成为影响国家和某些地区经济发展的重要产业。我国的压缩机工业是在新中国成立以后建立发展起来的, 但国内本土企业的技术进步很快。压缩机的产量和产值逐年上升, 市场也在不断扩大。2005年国内空调用压缩机的销售总量已经达到120亿元左右。

压缩机是空调器的主机, 作用有如人的心脏。空调器的性能、可靠性以及长达10年以上的运行寿命, 必须由压缩机来保证。如何提高压缩机的可靠性, 一直是制冷业界关注的问题。从目前空调压缩机的发展趋势来看, 结构紧凑、高效节能以及微振低噪等特点是空调压缩机制造技术不断追求的目标。不难看出压缩机的润滑是达到这目标的不可忽略的环节和手段。一般的做法是在轴承内壁上加工出内螺旋油槽。例如在回转式螺杆压缩机中, 通过内螺旋油槽与压缩机转轴的相互作用, 使润滑油在油槽及其两端形成流动的循环, 从而导走压缩机工作时所产生的热量, 并润滑轴承, 降低摩擦和防止腐蚀。

2 问题的提出

虽然说在轴承内壁上加工出内螺旋槽只是压缩机众多制造工序中的其中一个工序, 但内槽加工一直是机加工行业中公认比较困难的工序之一, 而内螺旋槽道的加工就显得更为困难。如何才能在保证工艺和成本的基础上, 快速完成其加工?科学解决这一问题成为占领国内乃至世界压缩机生产市场的一把利剑。

2.1 拉削加工技术及存在问题

较早用于加工内螺旋油槽的方法是采用拉刀在拉床上改装后进行加工成形的。假设槽道最小孔径仅有φ29, 采用专用螺旋拉刀拉削加工, 单件消耗工时要在4分钟以上。但由于合金钢轴承材料具有相当高的强度、硬度及韧性, 在拉削过程中有可能产生粘刀 (积屑瘤) , 情况严重时会损坏拉刀。在拉削过程中, 一个工件加工完成后, 切屑粘在拉刀刀刃处基本不能自行脱落, 要靠操作工处理完成后方可进行第二个工件加工, 加工效率较低。若有未清除的切屑留在刃口处, 下一个工件再加工时常出现拉刀刃口损坏的情况, 使刀具的寿命缩短。同时, 螺旋拉刀本身就是一种比较复杂且昂贵的专用刀具, 使用时对冷却环境、工装调校精度、机床导轨精度、刀具自身刃磨等要求均非常高, 并且随着刀具自身的使用磨损, 零件尺寸也随之变化。不得不通过粗磨工序来保证尺寸和修正滚道形状。这些直接导致生产成本非常高, 不利于提高生产效率。

2.2 压削加工技术及存在问题

随着工业技术的不断发展, 企业对成本和效率的要求不断提高。一种新的加工方法被投入到生产线上, 这就是利用专用压刀在油压机上对轴承进行螺旋压削。由于压刀在加工油槽时承受相当压力, 所以压刀不仅能切削还要能承受一定压力, 所以采用高速钢作为刀具材料, 经车削、铣削、热处理、磨削加工等工序根据油槽设计要求设计压刀齿形还可以把压刀设计成径向方向三次切削效果。以上述的加工槽道为例, 采用专用螺旋压刀进行加工, 单件消耗工时可以在2分钟以内完成, 加工效率得到较大的提高。但在油泵压床上加工时, 对压床进给速度的控制要求严格, 以免出现槽边崩口。压削加工前, 工件和压刀均要涂上一层浓度较高极压切削液。压刀通过工件后易与硬杂物接触, 损坏压刀切削刃, 故要在压床台面孔下放上橡胶等具有弹性垫板。但这样会造成工件装夹不准。每一次加工完成后, 压刀刀刃都要清除掉切屑, 否则压刀再使用时崩刃损坏。压削过程中工件产生一定的变形, 故油槽加工完成后须进行工件内、外径的精加工工序, 以保证产品质量。

3 铣削加工方案的提出

以上两种加工方法中的不利因素都直接导致生产成本的提高, 不适应企业对提高生产效率、降低生产成本的发展战略要求。为了推动产能的提升, 降低加工成本, 我考虑采用其他高效率加工技术。首先想到用球头锥度铣刀加工内螺旋油槽。因为根据在家用空调器轴承内壁上加工出内螺旋油槽这一任务, 可以明确的是加工孔径一般在φ30左右, 深度在45m m以下, 虽然加工空间相当狭窄, 但对于有合理的刃径D和角度a的球头锥度铣刀并成整体倾斜一定角度时来说, 还是卓卓有余的。同时, 在加工动作的安排上可以采取球头锥度铣刀只负责进刀、切削动作, 而螺旋油槽的螺旋线则可以由带相应旋向螺旋线靠模套筒的液压顶杆来推动装夹工件的工作台来完成 (如上右图) 。对于采用硬质合金钢或高速钢HSS材料的整体球头锥度铣刀, 磨损较拉刀拉削和压刀压削都有较大的降低, 节约了刀具成本。完全可以统一零件滚道中径尺寸, 避免了以前因拉刀磨损存在各种不同尺寸的混乱局面;同一种铣刀可以适用各种不同螺距、不同中径的零件加工, 舍弃了不同产品需多种拉刀加工的局面;由于铣削滚道质量和尺寸的保证, 取消了滚道粗磨工序, 大大缩短了生产周期, 节约了设备人员等资源。

4 铣削加工思路优化

为了进一步提高生产效率, 实现生产的自动化, 我思考把上述的加工工序以专用内螺旋铣床的系统来完成。根据以上加工任务及加工要求, 在现有理论研究的基础上, 进行各个设计机构的数学模型的建立, 并严格按照其之间的配合关系通过计算分析各参数, 如定位尺寸、加工行程、加工精度、电机转速、气压和液压大小等来选定合适的机构模块, 从而实现专用铣床各个组成部分的设置;并通过借助合理的PLC控制程序来驱动铣床, 对其运行性能进行检验, 分析其可能出现的缺陷, 再进行反馈、调整和完善, 最终能投入实际生产。其具体运行控制流程如下图:

5 前景展望

内螺旋专用铣床是成本投入低、生产效率高、经济效益好的专用设备, 在蓬勃发展的国内压缩机生产行业中, 市场很大, 而且PLC控制系统, 开发周期短、见效快。因此把内螺旋铣床作为内螺旋油槽加工的替代加工方法具有十分积极的意义, 市场很大。

参考文献

[1]赵远杨.压缩机的技术现状及其发展趋势[J].压缩机杂志, 2007.

[2]诸全兴.汽车轴承螺旋内油槽快速加工技术[J].刀具技术, 2008.

航空用叶片螺旋铣削刀位轨迹规划 篇2

航空发动机叶片的设计、制造技术水平对提高发动机性能、缩短研制周期和降低制造费用起着重要的作用[1]。其中数控加工方法因具有较短的生产周期和良好加工质量的优点而成为中小批量叶片首选的加工方式。 叶身通常是自由曲面, 由叶盆、叶背和叶根三部分组成, 一般采用五轴数控加工。单支桨叶为细长而又带有扭角的翼形叶片 (如图1所示) , 桨叶的扭角 (桨叶角) 相当于飞机机翼的迎角 (如图2所示) , 但桨叶角为桨尖与旋转平面呈平行逐步向桨根变化的扭角。

桨叶的剖面形状与机翼的剖面形状很相似, 前桨面相当于机翼的上翼面, 曲率较大, 后桨面则相当于下翼面, 曲率近乎平直。桨叶在高速旋转时, 由于前桨面与后桨面的曲率不一样, 在桨叶旋转时, 气流对曲率大的前桨面压力小, 而对曲线近于平直的后桨面压力大, 因此形成了前后桨面的压力差, 从而产生一个向前拉桨叶的空气动力, 这个力就是牵拉飞机向前飞行的动力。另一个牵拉飞机的力, 是由桨叶扭角向后推空气时产生的反作用力而得来的[1]。桨叶与发动机轴呈直角安装, 并有扭角, 在桨叶旋转时靠桨叶扭角把前方的空气吸入, 并给吸入的空气加一个向后推的力。由桨叶异型曲面产生的空气动力与桨叶扭角向后推空气产生的反作用力是同时发生的, 这两个力的合力就是牵拉飞机向前飞行的总空气动力。

因此叶片的扭角和表面粗糙度对叶片的动力学性能起着至关重要的作用, 下面给出了航空发动机叶片的尺寸公差表 (如表1所示) 。

叶片材料为铝合金, 适合高速加工的方法, 采用高速加工切削力可以降低50%, 切削过程极其迅速, 使工件还来不及传热切削热就被切削带走了[2]。由于高速加工进给率很高, 要求刀具轨迹尽量平滑, 避免突然换向, 否则刀具有可能冲出预定的轨迹, 造成过切。近几年发展起来的一种高效的螺旋铣的方法。这种加工方案一次就将叶片形状整体加工出来, 有着良好的工艺连续性和高效性, 是很有前途的叶片高效加工方案。

1叶身表面螺旋形切触点轨迹的构造方法

螺旋式加工方法的首要步骤是构造刀具沿叶身型面的螺旋形切触点轨迹。第一条走刀轨迹为直线, 第二条走刀轨迹要有螺旋升角σ, 螺旋升角σ根据残留高度来确定。设残留高度为h, 刀具半径为R, 叶身宽度为L, 曲面的曲率半径为Rb, 在叶片的排气边和进气边曲面为凸曲面, 因此, 螺旋升角 :$\sigma =\arctan \left(\frac{2\sqrt{2hR}}{L}\sqrt{\frac{R{}_b}{R{}_b+R}}\right)$。依次类推, 每条走刀螺旋升角与第二条轨迹计算方法相同。

采用等高度残留法构造刀具轨迹, 使得每个刀具切触点和每个行距之间的残留高度是相等的, 这就有效地避免了过切现象, 保证了零件的加工精度, 减少了后续工序的加工难度, 提高了加工质量。

2等高度残留法螺旋加工轨迹行距的确定

采用等残留高度法考虑了曲面形态的各异性, 使得在每一点的加工残留高度取得最大允许值, 行距的大小根据曲面的特性而变化, 从而动态的生成每一条走刀轨迹, 提高了生产加工效率, 改善了加工质量[5]。

2.1曲面两个主曲率的计算

叶片是复杂的曲面, 不能用一个简单的表达式来表示, 可设在某一段曲线上其参数表达式的一般形式为:

可以得到曲面上任意一点的主曲率Kmax, Kmin:

2.2考虑加工允差的刀轴倾角的优化

所加工的桨叶叶身的公差是内外允差, 设曲面加工的总允差为Δ, 内外允差分别为 (λ-1) Δ和λΔ (0<λ<1) 。平底立铣刀轴倾角β的微小变化就会引起有效半径的较大变化, 倾角越小, 切削刃的曲率半径就会越大, 切削效果越好。

设曲面上任意点P点的主曲率为K1, K2。

于是可得到刀轴倾角为

2.3曲面凹凸性的判断

过曲面上点P沿固定方向的所有曲线中, 又一条平面曲线$\overline{\Gamma }$, 它是过n (曲面单位法矢) 和 (γ曲面的切矢) 的平面π与曲面的截线。因为平面π失去面在P点的一个法平面, 所以曲线$\overline{\Gamma }$为曲面的一条法截线。设kn为曲面在点P沿取定方向的法曲率, 因而$\overline{\Gamma }$的曲率$\overline{k}=|\frac{\phi {}_2}{\phi {}_1}|{}^{[5—7]}$。由微分几何理论可知法截线的凹凸性:

(1) 当φ2>0时, $k{}_n=\overline{k}$为凹曲面;

(2) 当φ2<0时, $k{}_n=-\overline{k}$为凸曲面;

(3) 当φ2>0时, $k{}_n=\overline{k}=0$为平面。

2.4使行距最大的走刀方向的确定

实际加工中凸曲面的加工不需要通过两个倾角来避免干涉, 而是倾角增大将会使行距减小, 所以加工凸曲面时一般把两个倾角设为零。因此, 只需讨论在加工凹曲面时行距的优化计算。

式中Keff和K分别是对应于R和Rb的曲率。当 (Keff-K) 取得最小值时, 走到行距就取得最大值。

此时行距为:

3等高度残留法螺旋加工刀触点的确定

叶片的加工允差为内外允差, 不论是凹曲面还是凸曲面, 都可以用弦线来逼近原来的曲线。连接各对应刀触点可求出与刀位轨迹P (u (t) , v (t) ) 相邻且残留高度为常量的另一轨迹线为:P* (t) =P (u (t) +Δu (t) , v (t) +Δv (t) ) 。

4加工实例

经在某航空螺旋桨制造厂实际加工验证, 本文提出的等高度残留法螺旋轨迹加工取得了良好的加工结果, 完全符合实际产品要求。表2为输出结果。

用残留高度的螺旋加工方法进行叶片加工的优点如下:

(1) 无横向进刀, 加工质量好。在加工轨迹的各个位置都没有进给方向突变, 叶身表面加工残余高度分布均匀。

(2) 加工误差在前缘、后缘处等精度规律均匀分布, 叶身各处无过切。降低了型面检验工作量, 降低了工人手工打磨的工作量。

(3) 切削过程高速、平稳, 在前缘、后缘处加工效率有了大幅度提高。

参考文献

[1]郭恩明.我国航空制造技术的现状及发展趋势.航空制造技术, 2002; (01) :27—28

[2]周正干, 王美清, 李和平, 等.高速加工的核心技术和方法.航空制造技术, 2000; (03) :13—16

[3]郭新贵, 李从心.高速切削的刀位路径规划与控制策略.上海交通大学学报, 2002; (4) :482—486

[4]付秀丽, 艾兴.航空整体结构件的高速切削加工.工具技术, 2006; (04) :81—83

[5]刘骁, 张定华.叶片高速铣多轴编程技术的研究.机床与液压, 2006; (02) :59—61

[6]白-, 张定华.叶片类零件四坐标高效螺旋数控编程方法研究.机械科学与技术, 2003; (02) :177—180

螺旋铣削 篇3

螺旋铣削过程中, 刀具沿一圆柱面上的螺旋线运动, 完成刀具轨迹走刀路线, 如图1所示。当刀具连续走刀时, 刀具底部端刃旋转形成的环状区域在底面上的投影和螺旋线在底面上的投影为一周。在加工过程中, 螺旋铣削下刀时, 随着周向角度自变量的变化, 刀具轨迹沿着螺旋线路切削。当深度Z值达到预设深度时, 螺旋铣削停止, 其中P为螺旋线的螺距, 即刀具在XY平面每切削一圈, Z方向的进刀切削位移距离。

2 螺旋铣削的运用

2.1 轮廓铣削

铣削型腔时传统的加工方法是采用键槽铣刀进行挖槽加工 (加工效率较低) , 而立铣刀在加工型腔时, 加工效率较高, 但立铣刀在切削时, 如果垂直下刀对刀具和工件损坏比较明显, 甚至无法下刀。为了解决立铣刀 (或机夹刀) 的下刀问题, 数控加工中经常采用螺旋铣削下刀或斜线下刀方式, 在加工内型腔轮廓时, 编程采用沿内型腔轮廓边沿螺旋线下刀切削, 可有效提高加工效率及延长刀具的使用寿命。模具加工中运用较为广泛。

2.2 螺纹加工

传统的螺纹加工方法主要是采用螺纹车刀车削螺纹或采用丝锥、板牙攻螺纹及套扣螺纹。随着数控加工技术的发展, 尤其是三轴联动数控机床的出现, 使更先进的螺纹加工方式螺纹的数控铣削得以实现。螺纹铣削加工与传统螺纹加工方式相比, 在加工精度、加工效率、加工成本方面具有极大优势, 且加工时不受螺纹结构、螺纹旋向、螺纹螺距 (可带小数点) 的限制。如一把螺纹铣刀可加工多种不同旋向的内、外螺纹, 对于不允许有过渡扣或退刀槽结构的螺纹, 采用传统的车削方法或丝锥、板牙很难加工, 但采用数控铣削却十分容易实现加工。而且在数控铣削螺纹过程中, 对螺纹直径尺寸的调整、控制极为方便, 如采用丝锥、板牙是难以做到的。

例如:要加工一个M42×1.5的内螺纹, 在数控铣/加工中心机床上采用螺旋铣削加工程序如下:

2.3 孔加工

螺纹铣孔过程由机床主轴的“自传”和机床主轴绕孔中心的“公转”两个运动复合而成, 这种特殊的运动方式决定了螺旋铣孔的优势。

首先, 螺旋铣孔具有切削过程平稳、刀具承受切削力小和一次加工即可满足精度要求的优点, 刀具中心的轨迹是螺旋线而非直线, 即刀具中心不再与加工孔的中心重合, 属偏心加工状态过程。只需一把刀具就可以加工出不同直径尺寸、高质量的孔, 即减少了换刀时间, 又节省了精加工的生产加工工序, 大大提高了工作效率, 同时也减少了刀库刀具的数量和种类, 降低了加工成本。

其次, 螺旋铣孔过程是断续铣削过程, 有利于刀具的散热, 从而降低了因温度升高而造成刀具的磨损和工件的受热变形, 以致影响加工精度。

孔加工采用螺旋线进给G02、G03代码指令, 其格式为:

3 螺旋铣削在实际生产中的运用图例

3.1 内螺纹加工: (云南省第五届数控技能大赛样图)

3.2 外螺纹加工: (云南省第五届数控技能大赛样图)

以3.1、3.2上图例中的M34×1.5的内、外螺纹就是用螺纹铣刀加工完成。在加工过程中我们由于采用的是螺纹铣刀来加工, 大大提高了加工的适应能力, 也就是说, M34×1.5的内、外螺, 我只需一把螺纹铣刀就能完成, 并且还能加工不同尺寸的螺纹 (只需改变加工程序的螺纹底径尺寸) 。

3.3 内型腔加工图例

以上图例的内型腔加工, 以前的加工方式是先钻铣刀落刀孔, 立铣刀再垂直下刀进行铣切削, 生产效率较低, 而采用螺旋下刀进行加工, 只需一把立铣刀就能加工切削, 有效的减少了打落刀孔工部和刀具, 降低生产成本, 提高了生产加工效率。

以上就是本人对螺旋铣削在数控铣床上应用的一些理解和实际应用, 不足之处恳请广大同行指出, 共同进步。

摘要：随着现代科学技术的快速发展, 机械加工制造业也随之发生了极大发展, 即数控技术已被广泛运用, 成为了工业生产的一个重要组成部分。可以说, 数控加工技术已经融合到了机械加工的各个领域, 作为一名技术院校的数控实习指导教师, 我们应当有责任、有义务, 坚持创新思路, 苦练业务技术, 探究教学新教法, 不断提升数控加工切削技能 (螺旋铣削在数控铣加工中的运用为其中之一) ,