劉順華（天津職業(yè)技術師范大學 機械工程學院,天津 300222）

旋風銑削在螺旋件中的應用研究

劉順華
（天津職業(yè)技術師范大學 機械工程學院,天津 300222）

旋風銑削是一種相對先進的加工方法，加工螺旋件零件具有許多優(yōu)點。本文分析了旋風銑削的工作原理、加工優(yōu)勢和影響旋風銑削加工精度的因素。著重介紹了CNC旋風銑削工藝的應用。提出了旋風銑削是目前精密螺紋高效制造中提高質(zhì)量降低成本的優(yōu)先方向。

旋風銑；螺紋加工；硬銑削；螺旋體

隨著航空工業(yè)和醫(yī)療行業(yè)的快速發(fā)展，對為之配套的像螺釘樣的螺旋類零件提出了越來越多的需求。螺紋的傳統(tǒng)加工方式如采用螺紋車刀、滾齒加工等都存在生產(chǎn)成本高、加工效率低、表面粗糙度大等問題。旋風銑削加工具有加工效率高、工件表面質(zhì)量好、加工成本低及綠色環(huán)保等特點，正成為螺旋件加工領域關注的熱點。目前旋風銑削與高效加工技術的結合與應用在精密螺紋高效制造中得到了迅速的發(fā)展，并且旋風銑削可以加工像不銹鋼和鈦合金類的難切削材料，使得旋風銑削具有強大的生命力和廣闊的應用前景。

1 旋風銑削的工作原理

旋風銑削是通過工件與刀具的旋轉(zhuǎn)組合來執(zhí)行加工的（如圖1所示）。機床夾持工件在刀盤內(nèi)完成進給運動；刀具夾持在旋轉(zhuǎn)刀盤上高速旋轉(zhuǎn)完成切削運動，在工件上銑削出螺紋。安裝在刀盤上的多把成形刀，借助刀盤旋轉(zhuǎn)中心與工件中心的偏心量來完成漸進式高速加工。在銑削過程中，刀具旋轉(zhuǎn)形成切削環(huán)的軸線與工件旋轉(zhuǎn)中心軸線有一個夾角，這個夾角大小等于螺紋的螺旋升角，根據(jù)需要加工左、右螺紋，只需調(diào)整螺紋升角大小和方向。刀盤中心與工件中心的偏心量，使每次切削時只能有一把刀具參與切削，使未進行切削的刀具具有時間散熱，有利于延長刀具的使用壽命。工件旋轉(zhuǎn)一周，刀盤在工件軸線方向上走一個螺距。旋風銑削產(chǎn)生的切屑兩端薄，中間厚，似“逗號”形，且以很高的速度排出，帶走大量的熱量，切削速度越大，帶走的熱量越多，通常在90%以上，有利于提高零件表面質(zhì)量。旋風銑削采用空壓強冷干切削而不使用難以處理的切削液，它是一種高效綠色制造技術。

圖1 螺紋旋風銑削運動示意圖

2 旋風銑削加工優(yōu)勢

（1）旋風銑削刀具和工件同時旋轉(zhuǎn)，且有多把刀參與切削，因此具有更高的加工效率[1]；

（2）任何類型的螺紋無論單線或多線，左旋或右旋都可用旋風銑削生產(chǎn)；

（3）斷續(xù)切削方式使刀具切削阻力大大減小，消耗動力小，切屑不連續(xù)，容易清理，刀具冷卻好，延長使用壽命；

（4）與其他方式如螺紋銑削、螺紋滾壓相比較，旋風銑削不僅操作方便，生產(chǎn)更快，成本更低，并具有較少的處理，能得到更好的公差值。工件表面粗糙度一般可達Ra6.3～Ra1.6μm，可完全消除了對螺紋的后續(xù)磨削步驟；可實現(xiàn)螺紋的“一次過”成形。

3 影響旋風銑削加工精度的因素

旋風銑削是一個復雜的復合運動過程，刀盤旋轉(zhuǎn)速度、工件旋轉(zhuǎn)速度、偏心量、刀具數(shù)量、轉(zhuǎn)速比、工件半徑和刀具旋轉(zhuǎn)半徑等對旋風銑削具有影響[2]。除上述參數(shù)外，由熱變形引起的導程誤差，刀具磨損引起的螺紋中徑誤差，刀盤偏轉(zhuǎn)角調(diào)整誤差和整個工藝系統(tǒng)的動剛度要求都可產(chǎn)生影響。其中銑床的動態(tài)特性對螺紋旋風銑削精度影響較大。

4 CNC旋風銑削工藝技術的應用

旋風銑削最常見的做法是把一套旋風銑頭安裝在普通車床上，此方法主要用于一般鋼材各種螺紋的軟銑[4]，加工出的產(chǎn)品無法滿足高精度要求。隨著數(shù)控技術的發(fā)展，以及硬銑削和復雜曲面銑削等技術的不斷突破，磨具設計、切削材料和機床系統(tǒng)的最新進展使得旋風銑削技術有了更大的進步，復雜螺紋操作比如具有很長螺距或很寬輪廓都可以容易地加工，還能夠?qū)?0ΗRC以上的硬材料進行加工并達到較高的加工精度和加工質(zhì)量。

CNC控制與旋風銑削的結合使得生產(chǎn)率大幅度提高，最近推出的插件系統(tǒng)，大大降低了刀具轉(zhuǎn)換和參數(shù)設置時間，相比較傳統(tǒng)螺紋銑削或滾齒機加工螺紋，效率提高四倍以上。在CNC旋風銑削中，先進的刀片材料、精密的刀具和刀盤制造技術提供了必要條件。比如聚晶立方氮化硼PCBN刀片。新型的CNC旋風銑床強化了機床-工件-刀具系統(tǒng)的動剛度（也包括機床安裝的牢固度）[3]，先進的強冷技術使高速旋風銑削具有良好的排屑和散熱條件增加了刀具使用壽命，提高了進給速度，降低了表面粗糙度值。因此把CNC控制和旋風銑削有效的結合能有助于旋風銑削技術的進步，具有重要的經(jīng)濟意義和應用價值。

5 結束語

從切削機理上看旋風銑削是一種近似切削方法，對小螺距的桿件有著非常好的加工效果。相比較傳統(tǒng)螺紋加工方法如銑削螺紋、滾壓螺紋，旋風銑削能夠減少60%或以上加工步驟。總的來說更好的研究旋風銑削加工技術，對企業(yè)降低成本和提升質(zhì)量意義重大。

[1]遲忠德.滾珠絲杠螺紋旋風硬銑削工藝的改進研究[J].成組技術與生產(chǎn)現(xiàn)代化,2010(04):36-38.

[2]譚立新,劉軍安.旋風銑削運動的矢量建模[J].湖南工程學院學報,2001,11(02):46-49.

[3]黃祖堯.CNC螺紋旋風硬銑削[J].機械工人（冷加工），2004(09):26-28.

[4]李軍,鄧順賢.螺紋旋風硬銑削技術研究及應用[J].精密制造與自動化,2012(04):3-5

劉順華（1985-），男，河南扶溝人，研究生在讀，研究方向：高速、高效、高精加工。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.016