复杂螺纹轴套的数控加工工艺分析

        数控加工作为一种高效率高精度的生产方式，在航空业、电子行业还有其他各行业都广泛应用。螺纹轴套是数控加工时常见的零件之一，但在实际生产中，由于一些数控操作人员生搬硬套书本上的切削参数，且未能对零件的特殊结构深入分析，不但浪费大量的时间，而且还增加劳动者的劳动强度，甚至还会加工出废品来。

        因此，对零件进行详细的结构、尺寸及技术要求的分析；根据生产实际情况选择合适的加工设备、刀具；尤其是结合生产实践选取合理的切削参数在数控加工中显得非常重要。

         1、零件图分析

        螺纹轴套零件图如图1所示，该零件表面由内外圆、圆锥面、圆弧面及外螺纹等加工结构组成结构较复杂。零件图尺寸标注完整，轮廓描述清楚，图中多个直径尺寸与轴向尺寸有较高的尺寸精度和表面粗糙度要求。其主要加工内容如表1所示。

图1 螺纹轴套零件图

        此零件主要加工难点为M43*2的外螺纹，外圆锥度与内孔斜度，根据零件的结构，需要经过两次装夹方可完成整个零件的加工。

        2、毛坯的选用

        图1为要加工的零件图，零件的长度为105±0.1mm，它的最大的直径为70mm，根据加工要求和实际毛坯条件，选择长度110mm，直径为75mm的毛坯棒料，棒料的材质为45钢，此钢材料为优质碳素结构钢，切削性能较好。

        3、选择加工设备

        选择加工机床，要根据零件的结构特点和精度要求。根据本零件的结构和精度要求，需要多把刀具，为了提高加工效率，可选用杭州友佳集团生产的FTC-10斜床身数控车床作为加工设备，此机床为斜床身，转塔刀架，液压卡盘，加工精度高。

        4、确定装夹方案  

        在确定装夹方案时，要根据给定的加工表面和定位基准来选择工件的定位装夹方式，同时也要选择适当的夹具。选择夹具时，考虑经济效应的因素，能使用普通夹具装夹的尽可能使用普通夹具，这样可以减少加工成本。数控机床的夹具要满足安装调试方便、刚性耐用度好、精度高的特点。

        （1）定位基准的选择

        定位基准不但影响加工的精度，同时由于同一个被加工表面所选择的定位基准的不同，其加工工艺路线也可能不同。因此选择定位基准是十分重要的。定位基准的合理选择能够提高产品的生产加工效率，减少非必要的加工工序。根据图纸分析可知本零件以左右端面为定位基准。

        （2） 装夹方式的选择 

表1 螺纹轴套的主要加工内容

        由图纸分析可知，此零件采用三爪卡盘装夹的装夹方式。三爪卡盘是最常用的车床通用夹具，也是数控车床常用的夹具。三爪卡盘最大的特点是可以自定心，它的夹持范围较大。它的装夹方法是：先用三爪卡盘夹持给定毛坯的右端，将工件加工到图纸要求，再将零件松开掉头加工另一端的尺寸。同时为提高零件表面加工质量，可用铜皮包住已加工表面，再加工右端，这样就不会破坏已加工表面。

        5、刀具的选择

表2 刀具号及几何参数

        本零件所用到的刀具如表2所示。

        6、切削用量的选择

        切削用量的制定就是在已经选择好刀具的材料以及刀具的几何角度的前提下确定合理的切削用量。它包括背吃刀量、主轴转速和进给速度。

        （1）背吃刀量的选择

        背吃刀量的确定一般根据工件的加工余量来确定。一般情况下，粗加工的时候，除留下精加工余量外，其余的余量应该在一次走刀中去除。半精加工和精加工时，由于加工余量较小可一次切除。在中等功率的数控机床上，粗加工的背吃刀量可达8~10mm，精加工可达到0.1~0.5mm。根据课堂上老师给定的数据以及实际数控机床的参数可知，粗车外圆时背吃刀量可选择4mm，精加工时背吃刀量为0.5mm，进行内孔轮廓粗加工时选背吃刀量选择3mm，精加工时选背吃刀量为0.5mm。车削螺纹采用的是G76指令，螺纹精车的切削量为0.1（半径值）。

 

        （2） 主轴转速的选择

        一般刀具或者工件最大直径处的切削速度由公式n=1000Vc/πD确定，结合经验值，粗加工外圆和圆弧时主轴转速可选择800r/min，精加工时转速选择1000r/min，进行切槽加工时转速为500r/min，螺纹加工的转速为400r/min。

        （3）进给速度的选择

        根据查表和实际经验，粗车时选择0.2mm/r；精车时选择0.1mm/r；切槽时选择0.05mm/r；车螺纹选择2mm/r。

        7、加工工艺及进给路线的确定

        加工顺序的确定按由粗到精、由近到远的原则确定，在一次装夹中尽可能加工出较多的工件表面。结合本零件的特点，可先粗、精加工出零件左端外轮廓表面，然后钻孔，粗精加工出零件左端内孔，卸下工件掉头装夹，粗精加工零件右端外形及内孔锥度，最后车螺纹。

        （1）工序1：装夹零件右端，加工零件左端内外形

        ①备料：直径75mm的45钢棒料，长度110mm。

        ②装夹毛坯右端，加工左端,棒料伸出卡盘外约65mm，找正后夹紧。

        ③用T01外圆车刀手动切削端面。

        ④用T07中心孔钻手动钻中心孔。

        ⑤用T08钻头对零件的左端面进行手动钻孔，把直径25锥柄麻花钻装入尾座,移动尾架接近端面后锁紧，主轴以300r/min的转速运动，转动尾座手轮钻直径25的孔，保证孔的加工深度。

        ⑥用T01、T02外圆粗、精车刀分别粗、精车零件左端外形。

        ⑦用T03、T04内孔粗、精车刀分别粗、精加工零件左端内形。
 

        （2）工序2：掉头装夹零件左端，加工零件右端

        ①卸下工件用铜皮纸包住已加工的Φ50外圆表面，找正后夹紧。

        ②用T01外圆车刀手动切削端面。

        ③分别用T03、T04内孔粗、精车刀加工零件右端锥孔。

        ④分别用T01、T02外圆粗、精车刀加工工件右端外形。

        ⑤用T05外切槽刀加工5*2外槽。⑥用外螺纹刀加工43*2外螺纹。

        通过实践加工证明，根据以上的加工工艺加工出的零件合格率达99%。且在保证精度的情况下，加工效率最高，道具损耗最少，最终可形成指导生产的工艺文件。