三軸數控銑床加工圓錐螺旋槽技術研究

陳 寧

（中原工學院 信息商務學院，鄭州 450000）

圓錐螺旋槽在具體加工過程中應采用四軸數控銑床進行相關加工工作，但縱觀我國大部分機械加工企業在實際運作過程中的情況來看，技術方面、設備方面三軸數控銑床仍舊占據主要地位。工件加工過程中，三軸數控銑床對工件的加工范圍有限，但相關機械加工企業為不增加企業運營成本，因此在不多購買其他多軸機床的基礎上對圓錐螺旋槽進行技術加工，就需要運用三軸數控銑床加工圓錐螺旋槽技術。文章將針對這一技術進行具體的探究。

1 選擇加工工具

在對圓錐螺旋槽類工件進行加工的過程中，需要三軸數控銑床作為加工數控機床。其中，主要的加工工具具體選擇主要有數控銑床、萬能分度頭和相應的刀具等，圖1即圓錐螺旋槽類型工件。在對其具體的加工過程中，需按照圓錐螺旋槽的加工要求選擇合適的型號。

圖1 圓錐螺旋槽類型工件

1.1 選擇合適的數控機床型號

正確的選擇數控銑床型號，是成功加工圓錐螺旋槽具的首要前提。因此，在加工前一定要選擇適合加工圓錐螺旋槽具的數控銑床型號。一般情況下，優先選擇工作臺一側可以對掛輪方便安裝的數控機床，如型號為XK6325B的控搖臂銑床。但是，選擇過程中需要注意，所選機床不要有相應的防護擋板。

1.2 對萬能分度頭的選擇

萬能分度頭是銑床重要的一個附件加工工具，是一種可以把工件進行等分操作的機密附件。一般為2～210等分[1]。首先利用分度刻度環、游標、分度盤等一系列零部件，按任意角度劃分卡在卡盤上或頂尖間上，隨后利用型號不同的刀具作為輔助，幫助機床對螺旋正齒輪、正齒輪、溝槽和阿基米德螺線凸輪等進行精密加工。萬能分度頭的上方一般是一種圓形的工作臺，可以將目標工件固定到工作臺上，或者用相應的夾具把工件牢牢固定，防止工件在加工過程中出現異動，從而可以從多方位實現對工件的加工。因此，在具體選擇萬能分度頭時，要注意以下幾個細節。首先要保證萬能分度頭與尾座頂尖中心的高度一致，其次要在底部分別設置2個定位塊，并要和工作臺的槽口保持一致，使得工件在X上的平行度能夠充分滿足相應要求。最后在針對尾座的頂尖選擇時，應盡量帶有軸承，萬能分度頭的頂尖需要三爪卡盤來替代。

1.3 選擇刀具

圓螺旋槽在銑床上具有一定的加工軌跡，根據這種軌跡可以發現，工件轉一周的導程和銑刀在軸線上的移動距離是相等的。因此，據此可以推斷出，在同一螺旋槽上任意一處的螺旋線的導程都是相等的。一般來說，可以用公式來對螺旋角β進行描述：

式中，Pz代表導程，D是直徑。通過這一公式可以得知，在同一個螺旋槽上，不同直徑所對應的螺旋角是不一樣的，且在相同截面上，不同的螺旋角對應的切線方向也不一樣。所以，在具體的加工過程中，這會對工件帶來一定影響，導致切割工件時工件截面出現一定的偏差。而螺旋線本身就是一種曲線，在銑刀切割過程中，需要齒刃與螺旋線緊密貼合，一旦發生偏移，就會出現“干涉”現象。如果再選用三面刃的銑刀進行銑削，不僅會導致槽口被切割過大，還會進一步加劇“干涉”現象[2]。

2 計算掛輪比

在銑床上對螺旋槽進行加工，圓錐螺旋槽的銑削主要受兩個因素影響，一是銑刀在銑削時旋轉運動的過程，二是工件在工作臺上縱向供給且保持勻速旋轉的狀態。工作臺與工件的運動具有一定的規律，即當工作臺勻速移動的距離和導程相等時，工件正好勻速轉動一周[3]。只有滿足這一關系規律，才能夠加工好圓錐螺旋槽。因此，在具體操作過程中，要在萬能分度頭上裝夾工件，且工作臺的水平運行和分度頭的軸線旋轉由交換齒輪聯系在一起。所以，要嚴格控制交換齒輪速比，與之相關的計算方程式如下：

其中，z1z3代表主掛輪齒數，z2z4代表被動的掛輪齒數。40則是分度頭定數，Pz代表導程，單位mm；Ps代表縱向傳動絲的螺距，單位mm，依照我國國產銑床情況，一般取值6mm。因此，上述方程式可以轉為：

于是，可以計算圖1的圓錐螺旋槽的掛輪比為：

3 三軸數控銑床加工圓錐螺旋槽應用過程

由上述的理論分析可知，利用三軸數控銑床加工圓錐螺旋槽的技術是可行的，具體的加工工藝步驟如下。

第一步，緊固工件。利用三軸數控銑床對圓錐螺旋槽實施加工的首要步驟是夾緊固牢工件。在具體操作過程中，首先將圓錐螺旋槽的大頭用萬能分度頭的卡盤進行卡緊固定，然后利用尾座頂尖把圓錐螺旋槽的另一頭夾緊，保證工件在銑削過程中不會發生偏移。其中，工件的大頭是直徑為50mm的圓，另一頭是圓錐孔，直徑為6mm。

第二步，校正具體數值。具體數值矯正過程中，要選用專業儀器，本文選用的是百分表。依次校正工件軸線平直度、圓跳動度和軸跳動度，從而確保工件加工完成時的精度。

第三步，做好掛輪作業。作為三軸數控銑床對圓錐螺旋槽實施加工的核心步驟，其操作質量的好壞關系整個三軸數控銑床加工圓錐螺旋槽技術的成敗，因此需要認真對待。具體的操作流程如下：首先在X軸的絲杠任意一端組裝上100齒的主動掛輪，其次在萬能分度頭的側軸組裝上齒輪為24的被動掛輪，最后在掛輪擋板上裝上1個主動齒輪和1個被動齒輪，其中主動齒輪的齒數為72，被動齒輪的齒數為20，從而形成齒輪之間的聯動效果。具體聯動過程為，72齒的主動齒輪齒入24齒被動掛輪和20齒的被動掛輪齒入100齒的主動掛輪。在這一操作過程中需注意以下細節。一是先利用手輪帶動X軸移動，通過觀察工件的運動軌跡和零件圖的旋轉方向，檢查是不是一致，如果不一致，要進行調整，具體為利用一個惰輪把它安裝到掛輪的擋板上，即可調整工件的運動軌跡。二是要注意控制相鄰齒輪之間的距離間隙，確保齒輪間能夠緊密咬合，具體方法是在安裝掛輪的過程中，將一張紙條加在齒輪的咬合處。

第四步，設置加工的刀路。加工如圖1所示工件，一般采用單向直線進給加工路徑，而不采用環形加工。對切屑進行加工的過程分為粗加工和精加工，粗加工需注意三個方面：一是銑削方式是平行銑削，刀具需用直徑為2.5mm球刀；二是X、Y軸進給率一般設為F350，不要設置太高，因為工件在轉動過程中會對進給率造成更大影響；三是要單向銑削，銑削方向從小頭到大頭，因為道具的切削力從下到上更大。精加工需注意兩個方面：一是要用平行銑削方法，道具選擇直徑為2mm的球刀；二是采用單向切削，以有效解決反向間隙誤差的問題。

第五步，程序加工。具體流程為先展開圓錐螺旋槽形成半圓槽，然后把半圓槽繪成曲面，最后利用相關數控編程軟件進一步加工工件。

4 結語

在三軸數控銑床加工圓錐螺旋槽技術的具體運用過程中，要明確其中技術施展的原理，要理解并掌握選擇加工工具、計算掛輪比方面的理論知識、技術要點，而在具體實施過程中要注意各項技術要點與理論知識的實際應用，從而為全面熟練運用三軸數控銑床加工圓錐螺旋槽技術提供可靠保證。

[1]張福，張智偉.數控加工在螺紋加工中的應用研究[J].價值工程，2015，34（16）：113-114.

[2]黃小科.探究三軸數控銑床加工圓錐螺旋槽技術[J].科技創新導報，2017，（10）：98-99.

[3]羅繼紅.關于數控銑削加工內螺紋的運用探究[J].科技展望，2015，25（33）.