CN101396750A - 复合材料锥面内螺纹加工工艺 - Google Patents

Abstract

复合材料锥面内螺纹加工工艺，包括刀具选择、工艺参数的设定、制作装夹工装、加工螺纹底孔、加工螺纹等步骤。本发明采用特制的装夹工装，解决了传统方法无法在复合材料锥面上加工大型内螺纹的难题，并已开始在实践中使用，效果良好；本发明采用特殊的加工工艺，使加工的螺纹牙形完整，无掉牙、崩牙等缺陷，使加工的螺纹孔位置精确；本发明采用数控铣削加工内螺纹，加工精度高，加工的螺纹精度高、尺寸稳定；本发明采用预先设置加工初始位置，加工中定位精度高，避免螺纹加工中因多次进刀而造成的螺纹乱扣现象。

Description

复合材料锥面内螺纹加工工艺

技术领域

本发明涉及复合材料锥面内螺纹加工工艺，特别是涉及大型复合材料锥面内螺纹加工工艺，属于螺纹机械加工领域。

背景技术

普通螺纹一般是采用钻孔攻丝或螺纹车削而成。钻削攻丝是通过丝锥加工螺纹，车削是通过成型螺纹车刀加工螺纹。等静压整体成型的复合材料产品，在其圆锥形外表面上要求加工四个尺寸大于M100×1.5的内螺纹。由于螺纹孔是开在锥形产品的外侧表面，如果采用车削，受外形和尺寸限制根本无法装夹产品，因此车削加工方法不可行。钻削又因螺纹孔过大，仅底孔就达到φ90mm以上，不可能制作大丝锥进行丝锥攻丝，同时手工钳修螺纹更是无法修出规矩的螺纹螺距及牙形。总之，使用传统的螺纹加工方法，无法实现在复合材料锥面上加工牙形完整、螺纹精度高、尺寸稳定的大型内螺纹。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种能在复合材料锥面上加工牙形完整、螺纹精度高、尺寸稳定的大型内螺纹的方法。

本发明的技术解决方案是：复合材料锥面内螺纹加工工艺，其特征在于通过下列步骤实现：

(1)选择加工内螺纹的刀具

选用金刚石材料的多齿螺纹成型刀具，刀具刀杆上装有可拆卸的多齿螺纹成型刀片；

(2)确定加工内螺纹的工艺参数，即主轴转速n和主轴进给F

$n=\frac{\mathrm{Vc}\×1000}{D\×\mathrm{\π}},$ 其中Vc为线速度，D为内螺纹实际直径；

F＝n×fz×Z，其中fz为进给量，Z为刀片数量；

(3)制作加工内螺纹所用的装夹工装，装夹工装为芯轴式，包括支架A、支架B、滑块、拉杆、小端圆盘、定位分度盘、中心轴、大端圆盘和底座，底座和支架A、支架B固定连接，中心轴的两端安装有小端圆盘和大端圆盘，拉杆与小端圆盘和大端圆盘机械连接，支架B上安装有滑块，中心轴一端安装在滑块上，滑块可带动中心轴上下移动，用来调节产品中心轴线水平，大端圆盘和支架A机械连接，大端圆盘和定位分度盘可拆卸连接，待加工内螺纹的产品的大端坐在定位分度盘上与小端圆盘一起绕中心轴转动，中心轴按90°等分旋转，使每个待加工内螺纹孔转到加工点；

(4)将待加工内螺纹的产品装到步骤(3)所述的装夹工装的中心轴上，待加工内螺纹的产品两端用小端圆盘和大端圆盘通过拉杆夹紧固定；

(5)将装夹了待加工内螺纹的产品的装夹工装安装到数控机床的工作台上，调整工作台角度，用装在机床主轴上的百分表，找正产品外母线，使待加工内螺纹孔的中心轴线与机床主轴一致；

(6)加工内螺纹的底孔；

(7)用步骤(1)所述的多齿螺纹成型刀具在内螺纹底孔中加工内螺纹。

所述的步骤(6)内螺纹底孔加工步骤：

(1)以待加工内螺纹的产品的金属内孔定位，从待加工内螺纹的产品内向外钻不大于φ10mm的中心孔；

(2)在待加工内螺纹的产品的外表面以不大于φ10mm的中心孔为依据，划同待加工内螺纹直径相同的参考圆的中心线；

(3)以参考圆的中心线为依据将不大于φ10mm的中心孔扩成直径比待加工内螺纹直径小10mm，公差为0～2.0mm的孔；

(4)用装在机床主轴上的百分表，从步骤(3)扩大的孔内分别找正待加工内螺纹的产品的金属台阶孔的中心；

(5)以找正的金属台阶孔中心位置为圆心加工直径比待加工内螺纹直径小2mm，公差为0～0.1mm的底孔。

所述的步骤(7)内螺纹加工采用跨越式进刀，进刀时以内螺纹底孔四分之一圆弧进刀，逐渐从内圆切入内螺纹底孔，轴向深度为螺距的四分之一，出刀时也以内螺纹底孔四分之一圆弧出刀。

所述的内螺纹底孔用镗刀加工。

所述的分度定位圆盘通过定位圆凸台与大端圆盘连接。

所述的步骤(2)中Vc为150～200mm/min，fz为0.05～0.20mm/min，Z为2个。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)本发明采用特制的装夹工装，解决了传统方法无法在复合材料锥面上加工大型内螺纹的难题，并已开始在实践中使用，效果良好；

(2)本发明采用特殊的进刀方法，使加工的螺纹牙形完整，无掉牙、崩牙等缺陷；

(3)本发明采用特殊的底孔加工方法，使加工的螺纹孔位置精确；

(4)本发明采用数控铣削加工内螺纹，加工精度高，加工的螺纹精度高、尺寸稳定；

(5)本发明采用预先设置加工初始位置，加工中定位精度高，避免螺纹加工中因多次进刀而造成的螺纹乱扣现象。

附图说明

附图1为本发明的刀具示意图；

附图2为本发明的刀片示意图；

附图3为本发明的刀具轨迹图，(X方向为进刀方向)；

附图4为本发明的装夹工装示意图；

附图5为本发明的底孔加工流程图；

附图6为本发明的内螺纹加工流程图。

具体实施方式

实施例1

加工M140×1.5的内螺纹孔

内螺纹加工流程图如附图6所示。

一、刀具选择

选取金刚石刀具材料的多齿螺纹成型刀具，利用金刚石材质磨损小，使加工出的螺纹尺寸稳定，高效。如附图1所示铣削螺纹时选择成型螺纹铣刀，但与常规的普通单齿螺纹镗铣刀不同，该刀具是在刀杆上装上2个可换成型螺纹刀片。刀片形状如图2所示，刀片的锯形齿与标准螺纹齿形完全一致。保证了加工出的螺纹牙形标准。同时，与单齿螺纹刀相比加工效率远高于前者。

二、工艺确定，编制工艺执行程序

加工工艺参数的确定是确保螺纹成型的关键因素之一，直接影响螺纹最终质量。因加工时刀具是沿着底孔内圆滚铣螺纹，刀具单边受力，容易产生让刀和颤刀，调节数控程序中的刀具补偿参数可消除让刀影响；减小切削量、放慢走刀来解决颤刀问题，但被加工产品材料为材质硬度较高的复合材料，实际走刀应快一些，不然，速度太慢刀具只是在干磨，切削刃很快就变钝，依然会产生微量颤动。简单加快刀速，又和刀具单边吃刀相矛盾，会使让刀更严重，同时过快的刀速会使材料得不到充分完全的切削就被挤压下来，造成螺纹掉牙，通过反复试验并参考金属切削的理论走刀速度和进刀量的计算方法，得到了工艺参数：

主轴转速： $n=\frac{\mathrm{Vc}\×1000}{D\×\mathrm{\π}}---\left(1\right)$

Vc取197.82mm/min代入公式(1)得到n为450r/min

主轴进给：F＝n×fz×Z    (2)

fz取0.1代入公式(2)得到F为90mm/min

螺纹的加工不是一刀铣成的，实际加工中需要分多次进刀，逐渐逼近最终尺寸。每次进刀必须从同一个起点出刀，数控程序中预先设置了一个初始点，做为螺纹起点。每次加工中，程序指令都指挥刀具先到初始点，然后进刀。加工刀路轨迹如图3所示，根据加工刀路轨迹、公式(1)(2)推导得到的工艺参数：n450r/min、F90mm/min编制执行程序。

三、制作装夹工装

如附图4所示装夹工装采用芯轴式，包括支架A30、支架B31、滑块32、拉杆33、小端圆盘34、定位分度盘36、中心轴37、大端圆盘38和底座39，底座39和支架A30、支架B31固定连接，中心轴37的两端安装有小端圆盘34和大端圆盘38，拉杆33与小端圆盘34和大端圆盘38机械连接，支架B31上安装有滑块32，中心轴37一端安装在滑块32上，滑块32可带动中心轴37上下移动，用来调节待加工内螺纹的产品35中心轴线水平，大端圆盘38和支架A30机械连接，分度定位圆盘36通过定位圆凸台与大端圆盘38连接。

将待加工内螺纹的产品35装到中心轴37上，待加工内螺纹的产品35两端用小端圆盘34和大端圆盘38通过拉杆33夹紧固定，待加工内螺纹的产品35的大端坐在定位分度盘36上与小端圆盘34一起绕中心轴37转动，中心轴37按90°等分旋转，使每个待加工内螺纹孔转到加工点。

四、将装夹了产品的装夹工安装到数控机床的工作台

由于产品是圆锥体，垂直放置到工作台上是最好的，但螺纹孔的中心轴线与产品外母线垂直，与产品的中心轴线有夹角，而机床主轴是垂直产品中心轴线的，垂直放置时，螺纹孔的中心轴线与机床主轴不平行，无法加工。产品改为水平放置。通过调整工作台角度，用装夹在机床主轴上的百分表，找正产品外母线，使待加工的螺纹孔的中心轴线与机床主轴一致。

五、加工螺纹底孔

因产品完全被复合材料包裹，找不到加工基准，要先在待加工螺纹孔的地方粗开孔，找里面的金属孔做基准。如附图5底孔加工流程图所示，螺纹底孔加工步骤如下：

(1)以产品35的金属内孔定位，从产品35内向外钻φ6mm中心孔；

(2)在产品35的外表面以φ6mm的孔为依据，划φ140mm圆的参考中心线；

(3)以φ140mm圆的参考中心线为依据将φ6mm扩到φ130^+2.0 ₀mm；

(4)用装夹到机床主轴上的百分表，从φ130^+2.0mm的孔内分别找正产品35的金属台阶孔的中心；

(5)以找正的中心位置为圆心打底孔φ138.5^+0.10 ₀mm。

六、铣削螺纹

螺纹加工中采用的加工刀路轨迹是确保螺纹出入口正确旋入、旋出的关键点。加工如直接从底孔外进刀会因刀具端面没有切削刃而撞刀；而刀具完全进入底孔后开始加工，做出的螺纹又没有起始点，也无法使用。刀具轨迹如图3，加工开始时，采用跨越式进刀，使部分刀具跨入底孔，然后边旋转边进刀。进刀时以底孔四分之一圆弧进刀，逐渐从内圆切入底孔，轴向深度为螺距的四分之一，出刀时也以底孔四分之一圆弧出刀。使用螺距为1.5mm的多齿螺纹成型刀片，依据数控机床预先设置的程序加工螺纹。

实施例2

加工M100×1.5的内螺纹孔

一、工艺参数的确定：

Vc取160mm/min代入公式(1)得到n为509r/min

fz取0.05代入公式(2)得到F为50.9mm/min

二、加工螺纹底孔

(1)以产品35的金属内孔定位，从产品35内向外钻φ6mm中心孔；

(2)在产品35的外表面以φ6mm的孔为依据，划φ90mm圆的参考中心线；

(3)以φ90mm圆的参考中心线为依据将φ6mm扩到φ90^+2.0 ₀mm；

(4)用装夹到机床主轴上的百分表，从φ90^+2.0mm的孔内分别找正产品35的金属台阶孔的中心；

(5)以找正的中心位置为圆心打底孔φ98.5^+0.10 ₀mm。

其余步骤同实施例1。

实施例3

加工M120×1.5的内螺纹孔

一、工艺参数的确定：

Vc取180mm/min代入公式(1)得到n为478r/min

fz取0.08代入公式(2)得到F为76.48mm/min

二、加工螺纹底孔

(1)以产品35的金属内孔定位，从产品35内向外钻φ6mm中心孔；

(2)在产品35的外表面以φ6mm的孔为依据，划φ110mm圆的参考中心线；

(3)以φ110mm圆的参考中心线为依据将φ6mm扩到φ110^+2.0 ₀mm；

(4)用装夹到机床主轴上的百分表，从φ110^+2.0mm的孔内分别找正产品35的金属台阶孔的中心；

(5)以找正的中心位置为圆心打底孔φ118.5^+0.10 ₀mm。

其余步骤同实施例1。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (6)

1、复合材料锥面内螺纹加工工艺，其特征在于通过下列步骤实现：

(1)选择加工内螺纹的刀具

选用金刚石材料的多齿螺纹成型刀具，刀具刀杆上装有可拆卸的多齿螺纹成型刀片；

(2)确定加工内螺纹的工艺参数，即主轴转速n和主轴进给F

其中Vc为线速度，D为内螺纹实际直径；

F＝n×fz×Z，其中fz为进给量，Z为刀片数量；

(3)制作加工内螺纹所用的装夹工装，装夹工装为芯轴式，包括支架A(30)、支架B(31)、滑块(32)、拉杆(33)、小端圆盘(34)、定位分度盘(36)、中心轴(37)、大端圆盘(38)和底座(39)，底座(39)和支架A(30)、支架B(31)固定连接，中心轴(37)的两端安装有小端圆盘(34)和大端圆盘(38)，拉杆(33)与小端圆盘(34)和大端圆盘(38)机械连接，支架B(31)上安装有滑块(32)，中心轴(37)一端安装在滑块(32)上，滑块(32)可带动中心轴(37)上下移动，用来调节待加工内螺纹的产品中心轴线水平，大端圆盘(38)和支架A(30)机械连接，大端圆盘(38)和定位分度盘(36)可拆卸连接，待加工内螺纹的产品的大端坐在定位分度盘(36)上与小端圆盘(34)一起绕中心轴(37)转动，中心轴(37)按90°等分旋转，使每个待加工内螺纹孔转到加工点；

(4)将待加工内螺纹的产品装到步骤(3)所述的装夹工装的中心轴(37)上，待加工内螺纹的产品两端用小端圆盘(34)和大端圆盘(38)通过拉杆(33)夹紧固定；

(5)将装夹了待加工内螺纹的产品的装夹工装安装到数控机床的工作台上，调整工作台角度，用装在机床主轴上的百分表，找正产品外母线，使待加工内螺纹孔的中心轴线与机床主轴一致；

(6)加工内螺纹的底孔；

(7)用步骤(1)所述的多齿螺纹成型刀具在内螺纹底孔中加工内螺纹。

2、根据权利要求1所述的复合材料锥面内螺纹加工工艺，其特征在于：所述的步骤(6)内螺纹底孔加工步骤，

(1)以待加工内螺纹的产品的金属内孔定位，从待加工内螺纹的产品内向外钻不大于φ10mm的中心孔；

(2)在待加工内螺纹的产品的外表面以不大于φ10mm的中心孔为依据，划同待加工内螺纹直径相同的参考圆的中心线；

(3)以参考圆的中心线为依据将不大于φ10mm的中心孔扩成直径比待加工内螺纹直径小10mm，公差为0～2.0mm的孔；

(4)用装在机床主轴上的百分表，从步骤(3)扩大的孔内分别找正待加工内螺纹的产品的金属台阶孔的中心；

(5)以找正的金属台阶孔中心位置为圆心加工直径比待加工内螺纹直径小2mm，公差为0～0.1mm的底孔。

3、根据权利要求1所述的复合材料锥面内螺纹加工工艺，其特征在于：所述的步骤(7)内螺纹加工采用跨越式进刀，进刀时以内螺纹底孔四分之一圆弧进刀，逐渐从内圆切入内螺纹底孔，轴向深度为螺距的四分之一，出刀时也以内螺纹底孔四分之一圆弧出刀。

4、根据权利要求1或2所述的复合材料锥面内螺纹加工工艺，其特征在于：所述的内螺纹底孔用镗刀加工。

5、根据权利要求1所述的复合材料锥面内螺纹加工工艺，其特征在于：所述的分度定位圆盘(36)通过定位圆凸台与大端圆盘(38)连接。

6、根据权利要求1所述的复合材料锥面内螺纹数控铣削加工工艺，其特征在于：步骤(2)中Vc为150～200mm/min，fz为0.05～0.20mm/min，Z为2个。

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