一種內螺旋槽零件的數控插削加工

閆 博

（東莞市德勤教育科技有限公司，廣東東莞523460）

0 引言

內孔螺旋槽是一種分布在內孔壁上的矩形截面溝槽，沿軸線展開為拋物線，在內孔壁上均勻附著3條，主要用于與軸類零件的快速連接。工藝比較復雜，最薄處的厚度只有0.825 mm，屬于薄壁件。內螺旋槽又是空間曲線，其加工過程很難檢測，在數控車床上加工是一個難題，因為其不是螺紋，無法用螺紋的加工方法加工出來，又不是外螺旋槽可以采用銑削的方法加工。所以必須開發一種新的加工方法，采用車銑復合數控機床，利用機床的C軸分度功能，使用一把專用的插削刀具插削加工螺旋槽，才能保證加工出來的螺旋槽的正確性和高效率。

1 零件結構分析

螺旋槽如圖1所示，螺旋槽材質為鋁合金，其截面形狀為矩形，螺旋槽內徑為φ40.64 mm，螺旋槽底徑為φ43.69 mm，螺旋槽槽深1.525 mm，該螺旋槽以空間曲線形狀等深附著在內孔壁上，軸向方向呈均勻分布，每兩條螺旋線之間的角度為120°，螺旋槽內外不可倒角。為保證3條螺旋槽加工的正確性，必須在一次裝夾中車出全部螺旋槽，同時為保證螺旋槽完整性，確定螺旋槽加工時的起始位置須在Z向0 mm處。螺旋槽展開如圖1所示，其展開后的軌跡方程可以表述為：

圖1 螺旋槽零件

式中：X為角度值，0°～103.65°之間，在程序中用C來表示；Y為Z向坐標值。

2 選擇毛坯和機床

根據圖紙要求，選擇工件毛坯尺寸為φ48.5 mm×1 000 mm的型材，外徑處已經有拉削成型的滾花，材質為6061空心鋁棒，中心孔為φ36 mm。

加工該螺旋槽的機床為韓國產的LYNX2100MB型車削中心，機床的特點就是X、Z軸反應速度快，換刀速度也快，可以極大地節省機床的非切削移動時間，提高零件生產效率。其機床加工精度可以達到0.003 mm。該機床具有X、Z、C三個軸，C軸可進行分度加工，機床系統采用大眾所熟知的通用系統——FANUC OI系統。

3 選擇刀具

為了縮短螺旋槽的加工時間，需要定制一把專用的螺旋槽插削刀具，此插刀的刀寬需磨的與螺旋槽一樣寬，這樣螺旋槽就不需要左右分刀車削（因零件材質是鋁合金，材料比較軟，槽深也只有1.5 mm，加工時不會產生太大的切削力，所以也不存在插刀扎槽的現象）。加工該螺旋槽采用一把手工磨制的內溝槽插削刀具，刀具整體則使用一把φ15的鎢鋼棒，刀頭則直接磨成內螺旋槽的寬度3.7 mm，需要注意的是在刀具的前刀面需要磨出大約15°的角度（此角度是為了增加角刃的剛性，分散螺旋切削時產生的切削力對刀刃的沖擊，延長刀具的使用壽命）。在刀具一側的副后刀面需要磨出大約30°的角度（此角度是為了避免刀具的副后刀面在加工時干涉到螺旋槽的側面，造成擠壓變形）。經過測量得知，該螺旋槽軌跡線的螺旋升角約為25°，那在磨刀時需要在25°的基礎上再加3°～5°，即為30°。

刀具的主后角則需要磨成20°，（此角度是為了避免刀具的主后刀面在加工時干涉到螺旋槽的底面，壓壞刀具）。插刀的排屑槽則需要磨成大約2.5 mm寬、半徑為2 mm的凹圓弧，方便切出的鋁屑能夠成卷排出孔內。磨制內螺旋槽插刀的具體參數如圖2所示。

圖2 內螺旋槽插削專用刀具

4 選擇切削用量

因為本產品材料是鋁合金，又是插削加工，經過多次試插削驗證，所以每次徑向方向的進刀量宜選為0.6 mm左右。

該零件是管類毛坯，中心處有φ36 mm的孔，插削刀具在前刀面磨有排屑槽，刀具在孔內只旋轉1/3周，即是斷續切削，產生的是小卷的帶狀切屑，刀具在插削完一刀后，切屑在高壓切削液的沖擊下會由孔內排出孔外。

表1 切削用量

5 確定零件和刀具的裝夾方式

毛坯用車銑復合機床的液壓三爪卡盤夾緊，伸出40 mm長。插削刀具的刀桿用鎖緊螺絲裝在刀塔上，和裝普通內溝槽車刀一樣，具體裝夾方式如圖3所示。

圖3 工件與刀具的安裝

6 加工工藝分析

該零件在加工螺旋槽之前已經車好了內孔→外圓→徑向鉆孔等工藝過程，這里就不做詳述了。

加工工件以零件的右端面中心為工件坐標系原點。該零件內部為3條沿內孔壁均勻分布的等深螺旋槽，編制程序時，可以利用C軸分度功能分別車削3條螺旋槽，只需要編制一條螺旋槽的插削程序，其余兩條螺旋槽則采用調用子程序的方法加工。具體加工步驟如下。

（1）加工第一條螺旋槽

插刀快速移動至螺旋槽加工循環點，X方向下刀0.6 mm，零件在C軸上作旋轉運動，從-114.65°開始增量旋轉，同時插刀沿著Z軸作直線往復運動，Z坐標由零點開始移動至螺旋槽終點坐標Z-9.47 mm處，此時，C軸也增量旋轉至-218.3°，X方向退刀至孔內的安全距離，Z方向再退刀至螺紋槽的加工循環點。即加工出第一條螺旋槽的第一刀，X方向再下刀0.6 mm，重復以上動作，依次類推，即可加工出第一條螺旋槽。

（2）加工第二條螺旋槽

C軸增量旋轉120°至-234.65°，重復步驟（1）的動作，即可加工出第二條螺旋槽。第二條內螺旋槽插削完成之后退刀至刀具循環坐標點。

（3）加工第三條螺旋槽

C軸增量旋轉120°至-354.65°，重復步驟（1）的動作，即可加工出第三條螺旋槽。第三條內螺旋槽插削完成之后退刀至刀具循環坐標點。

7 編制加工程序

內螺旋槽加工子程序和內螺旋槽加工主程序如表2～3所示。

表2 內螺旋槽加工子程序

8 零件檢驗

把加工出來的零件端面平放在二次元測量儀下投影放大，每條螺旋槽邊取2個點，總共取6個點測量，測出螺旋槽大徑尺寸。用彎頭數顯高度游標卡尺測量螺旋槽的寬度。

9 結束語

內螺旋槽加工歷來都是一個難題，在普通數控車床上因為沒有C軸分度功能，所以無法加工內螺旋槽，而車銑復合機床剛好可以彌補這個不足，利用車銑復合的C軸分度功能，分度加工插削出3條螺旋槽，經過工廠的批量加工驗證，該種加工方法簡單、高效，加工出的零件產品精度高，完全能滿足零件的技術要求。

表3 內螺旋槽加工主程序