SolidWorks螺纹滚道旋风铣削多刀具渐进成形模拟仿真与分析(2)
1.1 螺纹旋风铣削概念与发展现状
高速精密滚珠丝杠副作为现代高速高精数控机床的关键部件，其制造水平的提升直接推动了数控机床技术的发展。而随着数控加工技术的发展，尤其是三轴联动数控加工技术的出现，使更先进的螺纹加工方式——螺纹的数控铣削得以实现。旋风铣是与普通车床配套的高速铣削螺纹装置，旋风铣车床如图1.1所示，用装在高速旋转刀盘上的硬质合金成型刀，对工件进行铣削的螺纹加工方法。螺纹旋风铣削是一种新型高效的螺纹加工技术，其利用装在高速转刀盘上的多把PCBN成型刀具，借助于刀盘旋转中心与工件中心的偏心距e来完成渐进式的高速铣削。刀盘的旋转轴线相对于工件轴线倾斜一个螺纹升角β。加工时，工件低速旋转，刀盘与工件同向高速旋转，工件每转360°刀盘纵向进给一个导程，从而铣出螺纹[4]。 因其铣削速度高（速度达到400m/min），加工效率快，并采用压缩空气进行排屑冷却。加工过程中切削飞溅如旋风而得名——旋风铣。旋风铣削可以实现干切削、重载切削、难加工材料和超高速切削，消耗动力小。表面粗糙度能达到Ra0.4μm。旋风铣时机床主轴转速慢，所以机床运动精度高、动态稳定性好，是一种先进的螺纹加工方法。
图1.1 旋风铣削机床
螺纹旋风铣的加工原理[5]为：高速旋转的成形铣刀，其刀尖回转圆始终与内螺纹外径处于内接状态，与此同时刀具绕工件孔轴线作螺旋运动，此时60°成形刀把与刀尖干涉的金属切除，在工件孔壁上就切出螺纹槽。螺旋运动由数控机床的螺旋插补功能来实现。为防止加工到孔底部时，切屑与刀具的干扰阻挤和加工部位被切屑遮盖，旋风铣削均采用从孔底向外加工的走刀方向。在内螺纹的旋风铣削时是借用装置上的装置上的刀片、刀盘和刀杆，并设计制造了一根专用接杆。
图1.2 专用接杆
如图1.2所示，专用接杆连接刀杆和刀盘，后面的锥柄与机床主轴连接。该刀片是可转位、不重磨硬质合金刀片，其尺寸和角度精度较高，可装于铣刀盘，同时装4至6把刀片，组成多刃铣刀盘，通过刀盘尾部的定心柱和螺纹与刀杆联结，又通过刀杆尾部的短锥、键和螺钉，紧固在可装入锥孔的专用刀杆上。该刀具有同时参与切削的刀片多、精度高、耐磨性能好等优点。由于刀具直接连接主轴，在选择刀盘时，主要是考虑加工螺距的大小和螺孔的深浅，螺孔直径不是考虑的主要因素。
旋风铣削是一种高效绿色螺纹加工方法[6]，与其它一般螺纹的加工方法相比，旋风铣切削加工有如下的优点：
（1） 加工效率高，比传统加工效率可提高10倍以上；
（2） 由于是成型加工，产品一刀成形，偏心切削不需退刀，精度高；
（3） 由车床改造的旋风铣床不改动车床结构，螺旋升角可调，安装方便，节省投资专机设备的费用；
（4） 表面粗糙度可达Ra0.4μm，加工精度提高2级，能减少磨削和抛光工序；
（5） 车床轴向进给慢，易于操作，对工人专业技术能降低。
1.2 国内外的研究现状
1.3 本论文研究的意义和主要工作
丝杠旋风铣削加工具有多自由度耦合运动及多刀具渐进成形的特殊性，很难直接运用现有的研究成果。螺纹旋风铣削技术作为新型高效的螺纹加工技术，利用刀盘上的多把成型刀具，借助刀盘与工件的偏心距，实现螺纹型面高效切削。由于螺纹旋风铣削与普通金属切削加工存在较大的区别，且螺纹滚道几何形状复杂。因此本论文紧密结合旋铣方式和加工对象的特殊性研究螺纹滚道面的成形过程，对螺纹旋风铣削滚道成形过程进行三文参数化建模，调用API函数二次开发，分析不同旋铣加工工艺参数的渐进成形的加工轨迹，从而提高螺纹滚道形面的加工质量和加工效率。
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