螺旋水紋線銑削加工方法研究

于 翔，柏長友

(共享裝備股份有限公司，寧夏 銀川 750021)

0 引言

密封面水紋線的作用主要是加強法蘭面的密封，其原理是在法蘭面上加工出規(guī)則的環(huán)槽，法蘭之間互相連接時在接觸面之間放置軟質(zhì)密封墊[1]，通過連接螺栓的壓緊力使軟質(zhì)密封墊產(chǎn)生彈性變形并填充在凹槽之中，形成迷宮式密封。常見的水紋線有同心圓式水紋線和螺旋式水紋線，螺旋式水紋線自一點開始直至全部結(jié)束，在密封面上連續(xù)存在，密封效果優(yōu)于同心圓式水紋線，通常用于承受壓力較高的零部件。螺旋式水紋線常見的加工方法為車削加工，該方法僅適用于回轉(zhuǎn)體類工件，某些非回轉(zhuǎn)體零部件上布置的螺旋式水紋線，如氣缸的管口端面、壓縮機蝸殼的出氣口端面等部位，無法通過車削完成螺旋水紋線的加工，需要在落地鏜銑床采用銑削的方式進行加工。

1 螺旋水紋線的標準要求

根據(jù)ASME B16.47要求，螺旋水紋線從內(nèi)圓某一點進刀，連續(xù)切削，完成加工后從終止點退刀，如圖1所示。銑削加工時刀具半徑應大于或等于1.5 mm，水紋線螺距為0.46 mm～0.55 mm，粗糙度要求為Ra3.2～Ra6.3，即加工時每毫米的齒數(shù)為1.8～2.2。根據(jù)此標準要求，此處確定螺旋水紋線節(jié)距為0.5 mm，銑削刀具半徑為1.5 mm，螺旋式水紋線截面如圖2所示。

圖1 螺旋式水紋線示意圖

圖2 螺旋式水紋線截面示意圖

2 螺旋水紋線的加工方法

2.1 采用硬質(zhì)合金球型銑刀

根據(jù)螺旋水紋線截面示意圖，采用D3R1.5硬質(zhì)合金球型銑刀加工，整體硬質(zhì)合金刀具耐磨性好、壽命長，能夠保證連續(xù)切削時的加工精度和表面質(zhì)量。在設(shè)計刀具結(jié)構(gòu)時，為了提高刀具強度，避免加工過程中刀具折斷，提高刀具耐用度，將刀具夾持部位直徑設(shè)計為大于3 mm，在刀具切削部位和夾持部位之間設(shè)計錐形進行過渡。硬質(zhì)合金球型銑刀示意圖如圖3所示。

圖3硬質(zhì)合金球型銑刀示意圖

2.2 應用增速器刀柄

(1) 銑削后的表面質(zhì)量差，加工表面波紋嚴重，影響密封效果。

(2) 為保證表面質(zhì)量會降低進給速度，導致加工效率低。

為解決此問題，在機床主軸上裝配如圖4所示的增速器刀柄，通過增速器刀柄使刀具轉(zhuǎn)速提高至機床轉(zhuǎn)速的3倍，從而保證刀具切削時的線速度，這樣可以在保證加工質(zhì)量的前提下，顯著提高加工效率。

圖4 增速器刀柄示意圖

2.3 確定銑削加工方案

加工時刀具從起始點進刀，連續(xù)切削至終止點后退刀，為保證水紋線的連續(xù)性，中間不能存在任何的停頓及抬刀、落刀[2]。根據(jù)螺旋水紋線截面示意圖可知：加工理論深度要求為0.02 mm，考慮工件密封端面加工完成后的平面度偏差，實際加工深度設(shè)置為0.05 mm。加工時，機床Z軸首先進給至-0.05位置，然后采用X軸、Y軸聯(lián)動的方式從螺旋水紋線內(nèi)圓起始點運行至外圓終止點，即完成螺旋水紋線的加工。

3 基于西門子數(shù)控系統(tǒng)的螺旋水紋線銑削加工程序

為實現(xiàn)螺旋水紋線自起始點進刀連續(xù)切削至終止點，采用西門子R參數(shù)編程的方式。其基本原理為：將螺旋線圓弧分解為若干直段進行擬合，當直段足夠小時，可以近似地定義為圓弧。通過確定切削的起始點、終止點及增量值，運用西門子R參數(shù)編程自帶的計算功能[3]，實現(xiàn)螺旋線加工，具體數(shù)控程序如下：

R1=335 //切削起始位置圓弧半徑

R2=0 //初始角度值

R3=0.5 //螺旋水紋線節(jié)距

R4=0.1 //角度增量值

R5=R3/360

R6=397.5 //切削終止位置圓弧半徑

R7=0.05 //切削深度

G0 X0 Y0

G1 Z=-R7 F600 //Z軸進給至切削深度

MARKE_1:

R12=R1*COS(R2) //X軸坐標計算

R13=R1*SIN(R2) //Y軸坐標計算

G1 X=R12 Y=R13 //直線插補切削

R2=R2+R4 //角度變量疊加

R1=R1+R5*R4 //半徑變量疊加

IF R1<=R6 GOTOB MARKE_1 //終止位置半徑判斷

通過加工驗證，該程序能夠完全滿足螺旋水紋線的銑削加工要求，加工后的螺旋式水紋線如圖5所示。

圖5 銑削加工完的螺旋水紋線

4 小結(jié)

通過分析螺旋式水紋密封線的加工標準，設(shè)計專用的硬質(zhì)合金銑刀，采用增速器刀柄，充分運用西門子數(shù)控系統(tǒng)R參數(shù)編程方法，實現(xiàn)了螺旋式水紋密封線的銑削加工，為螺旋式水紋線的銑削加工提供了很好的借鑒。