雙頭深矩形螺旋槽切削加工優(yōu)化

料室內(nèi)襯是我單位生產(chǎn)的炭素擠壓機(jī)的關(guān)鍵零件之一，材質(zhì)ZG35CrMo，熱處理硬度200～260HBW。圖1為41MN炭素擠壓機(jī)內(nèi)襯結(jié)構(gòu)尺寸及三維示意圖，從圖中可知，在不足90mm壁厚（見圖1b）的內(nèi)襯外圓上設(shè)計有長2400mm，螺距200mm，截面尺寸為50mm×25mm×R16mm雙頭深矩形螺旋槽（見圖1a），其作用是實現(xiàn)料室的煤油循環(huán)加熱功能。

圖1

臥式炭素擠壓機(jī)內(nèi)襯結(jié)構(gòu)及三維示意目前國內(nèi)關(guān)于如此大型套筒類零件加工大螺距、深矩形截面螺旋槽的技術(shù)及經(jīng)驗很少，我單位對該螺旋槽的加工尚處于探索階段，無成熟工藝可以借鑒，因此料室內(nèi)襯的切槽工藝研究成為該系列擠壓機(jī)生產(chǎn)制造的關(guān)鍵技術(shù)。

1.螺旋槽加工初探因該螺旋槽牙型較深，寬度較大，且為200mm的大螺距，因此切削余量和切削抗力均較大，加工困難。最初使用8mm寬的單一車刀對整個螺旋槽進(jìn)行仿形加工，進(jìn)給量設(shè)定的很小，內(nèi)襯切槽耗時高達(dá)120h。雖然通過此方法極大地擴(kuò)展了車刀及數(shù)控車床的功能，但加工效率極低，且螺旋槽的表面質(zhì)量差，難以滿足生產(chǎn)需要。后期我們引進(jìn)了單一成形刀，循環(huán)加工螺旋槽，編程簡單，數(shù)控操作性強(qiáng)，但由于圓弧刀360°切削刃，刀具與工件接觸面積大，易產(chǎn)生振動、崩刀，導(dǎo)致切削用量小，切削方式受限，也難以在此次螺旋槽加工中推廣。經(jīng)過反復(fù)試驗，我們克服了在數(shù)控車床上采用多把刀準(zhǔn)確定位在同一螺旋槽的困難，在數(shù)控車床上加工深矩形螺旋槽的技術(shù)攻關(guān)獲得成功，現(xiàn)以臥式炭素擠壓機(jī)內(nèi)襯為例說明螺旋槽的加工方法。2.試驗過程（1）裝夾及工序安排因該螺旋槽牙型截面尺寸大，接近工件壁厚的1/3，為避免切削力過大而產(chǎn)生振動，內(nèi)襯兩端配剛性悶頭，采用卡盤與尾座雙頂尖的裝夾方式，增加整個工藝系統(tǒng)的剛性。同時考慮到工件裝配精度高且容易變形，螺旋槽車削工序安排在半精加工和精加工之間。（2）螺旋槽切削進(jìn)刀方式螺紋切削的進(jìn)刀方式，往往與螺紋牙型、螺距及加工機(jī)床密切相關(guān)。常用的切削方式有徑向進(jìn)刀（見圖2a）、側(cè)向進(jìn)刀（見圖2b）和交替進(jìn)刀（見圖2c），為減小加工中的切削力，臥式車床加工大螺距的梯形螺紋時，也可采用車直槽法（見圖2d）、車階梯槽法（見圖2e）和分層切削法（見圖2f）進(jìn)行加工。針對螺旋槽截面尺寸大、螺距大的特點，切槽采用分層分刀切削的方式，槽深方向分成若干層，每層Z向再分為若干次進(jìn)刀。由于大部分時間只有一個切削刃進(jìn)行切削，可有效地控制切除余量，同時保證表面質(zhì)量，提升刀具的使用壽命。圖2

螺紋切削的進(jìn)刀方式（3）刀具的選擇及對刀方式為提高切削效率，我們突破原單一刀具加工螺旋槽的思路采用兩把以上車刀實現(xiàn)螺旋槽的粗、精加工分開。如圖3所示，采用刃長25mm的方形涂層刀片（SNMM250924-TPFP4725），45°主偏角進(jìn)行粗車，去除大部分加工余量。φ32mm的圓弧車（RCMX3209M0RHKC9220）精車，保證螺旋槽根部圓弧質(zhì)量。圖3

方形涂層刀片對于數(shù)控車床，要使幾把刀準(zhǔn)確定位在同一螺旋槽中進(jìn)行加工比較困難，要保證粗、精加工車刀的準(zhǔn)確定位，在加工及對刀過程中要堅持以下幾個原則。1）切削螺旋槽前，先完成進(jìn)、退刀環(huán)形槽的加工。一方面方便數(shù)控編碼器控制螺旋加工的起刀點，另一方面該環(huán)形槽可作為粗、精加工對刀的共同基準(zhǔn)。2）選用45°主偏角車刀進(jìn)行粗加工，以該車刀的切削刃，即刀尖，為刀位點進(jìn)行Z軸對刀，以工件外圓（螺紋大徑）進(jìn)行X軸對刀。3）精加工選擇圓弧車刀，以圓弧車刀圓心為刀位點進(jìn)行Z軸對刀，以刀尖為刀位點進(jìn)行X軸對刀。4）尖形車刀與螺紋車刀所用刀桿的尺寸一致，保證換刀裝夾后，刀具切削刃高度盡可能一致，減少對刀難度。（4）宏程序及具體切削過程切槽前，采用普通車刀在工件表面刻出螺旋線，深度以0.05mm為宜（見圖4a），考慮粗、精加工刀具的切換，此次車削步驟安排如下：第一頭螺紋（SF=0）粗車→第二頭螺紋（SF=180）粗車→第一頭螺紋精車（見圖4b）→第二頭螺紋精車（見圖4c）。經(jīng)反復(fù)調(diào)整參數(shù)，車床轉(zhuǎn)速10r/min，粗加工每層直徑方向上進(jìn)刀10mm/r，精加工直徑方向上進(jìn)刀0.8～1mm/r，加工過程較穩(wěn)定?，F(xiàn)有數(shù)控車床為西門子系統(tǒng)，螺旋退刀槽中心設(shè)置為Z0，工件外徑為X0，先選用2號車刀粗加工，為方便編程計算，斜進(jìn)刀單側(cè)切削為主，部分宏程序如下。圖4

螺紋切削過程控制G90G95G54M03S10F1R1=19SS：G0Z=R1X-10G33Z-2400K200SF=0G04F1（為減弱機(jī)床慣性影響，暫停1s）G0X20Z0R1=R1-1REPEATSSP=38M05M30依次取R1=14，X=－20；R1=9，X=－30；R1=4，X=－40；R1=4，X=－48，并計算相應(yīng)的循環(huán)次數(shù)（28，18，8，1），更改程序后完成粗車，具體如圖5所示切削簡化模型。實際操作過程中為縮短切槽輔助時間，也可打斷循環(huán)，單次手動編程完成切槽加工。圖5

切削簡化模型再選用φ32mm圓弧車刀，先左右交替進(jìn)刀，隨著螺旋槽加深，增加直進(jìn)刀，且每層分刀次數(shù)根據(jù)需要增加，部分宏程序如下。

G90G95G54M03S10F1R1=0SS:G0Z8X=－R1G33Z-2400K200SF=0G04F1（為減弱機(jī)床慣性影響，暫停1s）G0X20Z0G0Z-8X=-R1G33Z-2400K200SF=0G04F1（為減弱機(jī)床慣性影響，暫停1s）G0X20Z0R1=R1+0.8REPEATSSP=20M05M30實際操作時，為縮短退刀輔助工時，精加工階段多單次手動修改程序，完成螺旋槽的切削，循環(huán)編程需根據(jù)切削量計算循環(huán)次數(shù)。3.注意事項1）數(shù)控車床加工螺紋時，由于機(jī)床伺服系統(tǒng)響應(yīng)滯后，會出現(xiàn)螺紋切入（切出）距離不同于螺距的現(xiàn)象，分層多刀切削螺紋時，為保證螺紋不亂扣，要求車床主軸轉(zhuǎn)速不變。2）在對刀的過程中，接近工件X軸和Z軸時，手搖脈沖發(fā)生器進(jìn)給量選擇0.001mm擋位。3）圓弧刀切削時，深矩形槽底部直段通過Z軸方向分多次進(jìn)刀完成，深矩形槽兩側(cè)直段分別通過X軸方向多次進(jìn)刀完成。

4.結(jié)語通過反復(fù)工藝試驗，優(yōu)化了螺旋槽的加工方案。粗加工時，采