LY12硬铝异形螺纹的加工

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　　摘  要：文章以LY12硬铝材质的典型零件进行实例分析。针对薄壁零件和圆弧螺纹两大难点进行介绍，提出解决方案，并进行实例加工。在近年来的数控加工产品中，较为常见的加工有异形螺纹的加工，下面就圆弧螺纹这一典型零件来进行工艺和编程分析。由于该零件壁薄，因此要充分考虑产品加工的工艺问题，对工件的刀具的几何参数和装夹来进行分析，这样就使得薄壁零件在加工中出现变形的机率变小，因为异形螺纹的几何外形特殊，工艺复杂，无法运用数控编程螺纹指令直接编程，应选择合理的刀具、螺纹切削指令，同时也要加入宏程序来完成零件的加工。
　　关键词：工艺分析;薄壁零件;异形螺纹;宏程序
　　中图分类号：TG62         文献标志码：A         文章编号：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 典型实例工艺分析
　　1.1 零件图分析
　　工件特点：壁薄、精度高，异形螺纹。材料为LY12硬铝，毛坯尺寸为？准80×80。单件加工。（1）硬铝具有很高的强度和良好的切削加工性能，但耐腐蚀性较差，强度高，有一定的耐热性。加工时容易粘刀，应合理选择切削三要素和切削液。（2）由于零件右端内外轮之间的壁厚最小部分为1mm，所以在车削时应分粗精加工，并充分冷却后才能精加工。（3）圆弧螺纹最大直径？准69.5mm，长度27mm，凹圆弧与凸圆弧组合螺旋槽绕圆柱面形成右旋异形圆弧螺纹。圆弧螺纹螺距7mm，螺纹顶部的凸圆弧半径为R1，螺纹底部的凹圆弧为R2.5，凸凹两圆弧相切且圆心在同一条直线上，切深3.5mm。所以可以采用直进式螺纹加工方法，并合理选择加工刀具。（4）为保证装夹稳定性，应先加工零件左端，再加工零件右端。
　　1.2 刀具的选择
　　（1）根据工件材质选择。由于工件材料为LY12硬铝，建议使用下列三类刀具之一：a.不镀层的超细颗粒硬质合
　　金刀具。b.带未含铝镀层（PVD）方法的硬质合金刀具，如镀TiN、TiC等。c.用金刚石刀具。（2）根据工件图样选择。该零件图的圆弧螺纹深度较深，采用尖刀或30°外圆偏刀，会产生加工干涉，故只能选取圆弧车刀，在选用圆弧刀时要根据所加工的螺纹圆弧的大小来确定，圆弧半径R对刀尖的强度及加工表面光洁度的影响比较大，选用的圆弧刀的半径要小于所加工的螺纹圆弧的半径。半径不宜选择太小，否则不但制造困难，还会因刀具强度太弱或刀体散热能力差而导致车刀损坏。因此我选用R2的圆弧切刀来加工该圆弧螺纹，外轮廓的台阶轴采用35度偏刀加工。
　　2 加工难点
　　2.1 薄壁加工
　　常规薄壁零件的强度弱和刚性差，在加工的过程中会变形，会使得零件的形位誤差变大，从而加工质量不易保证。薄壁零件加工精度的影响因素主要有：零件受力变形、零件受热变形、零件振动变形三方面，因工件壁薄，容易产生变形。在夹紧力的作用下，对零件的尺寸和形状精度产生影响;因工件较薄，切削热会引起工件热变形，使工件尺寸难于控制。在切削力的作用下，容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、形状、位置精度和表面粗糙度。 　　2.2 异形螺纹
　　异形螺纹无法运用数控编程螺纹指令直接编程，应合理的选择刀具和螺纹切削指令，同时结合宏程序才能完成零件的加工。由于螺距较大应合理选择主轴的转速。
　　3 解决方案
　　3.1 加工薄壁零件时
　　（1）薄壁零件的工艺要求。车削薄壁零件易变形，这主要是工件内部存在内应力和夹紧力不均匀而产生的夹紧外应力，根据薄壁的特点和要求选择合理的工艺方案，是保证薄壁零件的加工质量的关键，同时要从防止变形和保证精度出发设计加工工艺。所以应利用镗孔刀先加工内孔，然后再加工外圆。（2）工件的装夹。对于一些壁厚较薄，且外圆无法进行装夹的薄壁零件需采用心轴进行固定，同时要保证内孔加工时的同轴度。对于较短的薄壁零件，三爪卡盤显然不够装夹，这时就要用到软卡爪，不仅可以防止薄壁外形被夹变形，也有利于较短薄壁的装夹。该零件选用三爪卡盘装夹，夹紧力不要太大，防止夹紧变形。装夹工件时应注意不要让工件晃动的太明显，因为零件的外圆直径尺寸为？准76mm，毛坯直径为？准80mm，单边只有2mm的去除余量，所以晃动过大会导致同轴度超差，最终导致薄壁的壁厚不一。（3）薄壁零件的加工方法。加工时需要把粗加工和精加工按顺序进行，以免粗加工时切削力过大而导致零件变形。由于该零件的尺寸要求高，粗加工完充分冷却后再半精加工，主要是修正粗加工中产生的变形，最后再精加工，外形和尺寸才能得到保证。（4）刀具的几何参数、切削用量和切削液。合理选择刀具的几何参数对薄壁零件的车削加工相当重要，车薄壁零件时，选用刀具要求刀柄的刚度要高，车刀的修光刃不宜过长（一般取0.2mm-0.3mm），前角要大，刃口要锋利，吃刀量要小，避免切削力过大导致零件变形。冷却液要充分供给（选用煤油），防止粘刀及粗糙度变差。
　　3.2 加工异型螺纹时
　　对于异型螺纹而言，由于其形状较为复杂、而且具有不固定性，因此无法利用G76和G92对异型螺纹进行车削加工，由零件图可知圆弧螺纹螺距7mm，切深为3.5mm，所以可以采用直进法使用G32与用户宏程序相结合的办法车削加工异型螺纹，就能够解决异型螺纹的车削加工问题。但由于螺距较大，所以主轴转速不应超过500r/min。如果加工速度过快，撞刀的可能性就越大，为了能加工出高质量的异形纹应合理选择主轴转速。
　　（1）宏程序编程思路。采用R2圆弧刀分层切削的方式进行;以G32指令由外向里逐层切削。让刀具沿着圆弧F7的螺距运动，从而得到相应的圆弧螺旋线。
　　（2）走刀路线（图1、图2）
　　 （3）程序编写
　　 a.凹圆弧程序
　　O1                    （程序名）
　　M3 S500 T1
　　G0 X80                （X定位）
　　Z10                   （Z定位）
　　#1=0.5             （刀走R0.5圆弧，刀的中心。）
　　 N1 #2=SQ [0.25-#1*#1]  （公式）
　　#3=#1+13.5          （Z向螺纹起点和凸圆弧偏移两个圆心距。）
　　#4=67.5-2*#2          （X向螺纹起点）
　　G0 X#4 Z#3        （从X70 Z10定位到X#4 Z#3）
　　G32 Z-47 F7           （螺纹车削）
　　G0 X80                 （退刀）
　　Z10                    （退刀）
　　 #1=#1-0.1              （每刀进给量）
　　IF [#1 GT -0.5] GOTO1 （判定）
　　G0 X100 Z100           （退刀）
　　M5
　　M30
　　b.凸圆弧程序
　　O2                     （程序名）
　　M3 S500 T1
　　G0 X80                （X定位）
　　Z10                   （Z定位）
　　#1=3                （刀走R3.5圆弧，刀的中心。）
　　N1 #2=SQ [9-#1*#1]    （公式）
　　#3=#1+10       （Z向螺纹起点，和凹圆弧偏移两个圆心距。）
　　#4=67.5+2*#2          （X向螺纹起点）
　　G0 X#4 Z#3        （从X70 Z10定位到X#4 Z#3）
　　G32 Z-47 F7           （螺纹车削）
　　G0 X80                （退刀）
　　Z10                   （退刀）
　　#1=#1-0.1             （每刀进给量）
　　IF [#1 GT -3.5] GOTO1（判定）
　　G0 X100 Z100          （退刀）
　　M5
　　M30
　　（4）质量控制。为了保证零件加工质量，对刀时X向留0.3mm左右的余量，螺纹车完后测量。通过修改磨耗来修调尺寸，最终达到精度要求。
　　4 结束语
　　本文通过典型零件介绍零件的材质及加工工艺，分析图中薄壁零件和圆弧螺纹的两大加工难点，解决在车削加工中遇到的主要问题，以及采取相应的解决方案。通过实际加工生产，有效地解决了以上两点难于加工的问题，减轻了操作者的劳动强度，并保证了加工的质量。
　　参考文献：
　　[1]刘立.数控车床编程与操作[M].北京：北京理工大学出版社，2006.
　　[2]孙德茂.数控机床车削加工直接编程技术[M].北京：机械工业出版，2005.
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