螺纹旋风硬铣削优化技巧

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：能够直接在淬硬的工件上铣出螺纹，主要是因为：1）旋风铣削是渐进式的断续切削方式，使切削阻力大大降低。5）先进的强冷技术使高速旋风铣削具有优良的排屑和散热条件。图4-70 干式旋风铣削加工

1.旋风铣削的原理

螺纹的旋风铣削是用安装在刀盘上的多把成形刀，借助于刀盘旋转中心与工件中心的偏心量e来完成渐进式的高速铣削，如图4-67所示。刀盘的旋转轴线相对于工件轴线倾斜一个被加工螺纹的螺旋升角β₀加工时，工件以n_w低速旋转，刀盘以n₀与工件同向（顺铣）或反向（逆铣）高速旋转，工件每转一圈（360°）刀盘纵向进给一个导程，从而铣出螺纹。旋风铣削有内铣法和外铣法两种，其中后者应用最广。图4-68为内切式旋风铣削刀盘的结构，图4-68a为径向装刀的刀盘结构，图4-68b为切向装刀的刀盘结构。刀盘上的刀头依次参与切削过程。通过合理分配切削余量，切削厚度的渐进式变化使切削力减小，而偏心量e使尚未进入切削区的刀头有充分的散热时间，有利于延长刀具使用寿命，提高加工表面质量。与一般铣削相比，旋风铣削的金属切除率要高得多，由于在加工过程中不用切削液，而采用压缩空气强冷，切屑带走绝大部分热量，工件温升低，热变形小，是一种高效绿色螺纹加工方法。

图4-67 螺纹旋风铣削原理图

图4-68 内切式旋风铣削刀盘的结构

a）径向刀盘 b）切向刀盘

图4-69 CNC旋风铣床各轴的运动示意图

图4-69为CNC旋风铣床各轴的运动示意图。其中，R为刀盘（刀头）高速旋转运动；W为刀盘相对于丝杠的轴向旋转运动。X为刀盘相对于丝杠的径向旋转运动。除完成上述运动的控制外，新一代的CNC旋风铣床还可以减小由于热变形引起的导程误差，由刀具磨损等原因引起的螺纹中径误差，还可补偿因热变形对刀盘同轴度和回转精度的影响。当采取这些措施后，加工滚珠丝杠的精度可达到DIN 69051的3级。

2.旋风硬铣削的可行性

旋风铣削除用于一般钢件螺纹的软铣削外，目前在硬铣削方面也已经取得了长足的进步，可以对60HRC以上的滚珠丝杠和滚珠螺母等进行硬铣削，而且可以达到较高的精度和加工表面质量。能够直接在淬硬的工件上铣出螺纹，主要是因为：

1）旋风铣削是渐进式的断续切削方式，使切削阻力大大降低。

2）金属切削加工中的高速硬切削、干切削理论，如“绝热剪切理论”、“周期脆性断裂理论”等，在生产实践中得到进一步的验证和发展。

3）先进的刀具材料和精密的刀具、刀盘制造技术为旋风硬铣削创造了必要的条件。

4）新一代的CNC旋风铣床大大强化了机床、工具、刀具系统的动刚度。

5）先进的强冷技术使高速旋风铣削具有优良的排屑和散热条件。

3.旋风硬铣削应用实例

旋风硬铣削在国外的一些企业已经得到了成功应用，并取得了良好的加工效果和效益。

1）德国的Leistritz公司是世界著名的旋风铣削设备生产和应用企业，该企业采用旋风硬铣削加工滚珠丝杠、滚珠螺母，效果良好。

① 在PW160型CNC旋风硬铣床上，铣削滚珠丝杠GQ40×10（钢珠ϕ6.35mm），螺纹长度为1000mm，丝杠材料为CF63（德国DIN1.1213），淬火后的硬度为60～62HRC。加工后的导程精度（静态测量）为P3级（0.012mm/300mm），中径锥度为0.01mm/1000mm；齿形精度＜0.02mm，表面粗糙度值Ra≤0.4μm；加工的单件工时为11.37min，刀片寿命为750m。

② 在PWM200型CNC内旋风硬铣床上，铣削滚珠螺母GQ32×32（钢珠ϕ3.2mm），螺纹长度为120mm，螺母材料为CF63，淬火后的硬度为60～62HBC。加工后的导程精度（静态测量）＜0.006mm/32mm、0.008mm/120mm；齿形精度为0.004mm，表面粗糙度值Rz＜4μm；加工的单件工时为1.3min，刀片寿命为350件。

2）美国某公司在丝杠加工中，原先采用的工艺是在软材料上加工出螺纹→淬硬→精磨，整个过程需要约170h的工时。后采用G.E.超硬磨料公司的PCBN刀具进行旋风铣削，直接在已淬硬的钢坯上加工出螺纹，只需1.75h，提高效率近100倍，如图4-70所示。

图4-70 干式旋风铣削加工

螺纹旋风硬铣削优化技巧

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