前风扇联轴器螺母内螺纹铣除加工的工艺研究

摘 要：文章主要阐述了有关某发动机上前风扇联轴器螺母内螺纹铣除加工的工艺研究。共分为联轴器螺母内螺纹的研究，铣加工设备的选择，数控程序的编制和零件试制4个部分。联轴器螺母属于航空发动机重要的转子连接件，它的安全性和可靠性十分重要。设计图纸中内螺纹的尺寸具有重要特性，是联轴器螺母的关键工序，其内螺纹尺寸要求严格，精度高，表面粗糙度低，技术条件要求严格。因螺纹为螺旋线结构，并且螺牙之间的距离很小，光度和尺寸精度要求严格，内螺纹的铣除加工靠打磨或普通设备根本无法保证，只能应用数控加工的方法进行，而数控铣除内螺纹的加工也是首次，对其进行工艺研究很有必要。

关键词：联轴器螺母；内螺纹；铣加工；数控

1 联轴器螺母内螺纹的研究

螺纹零件为最常用的机械零件，无论在紧固连接、导管密封接合、传递动力、机床进给运动及位移放大与微调等方面均需借助螺纹的功能。前风扇联轴器螺母为转包零件，是美国GE公司CF6-80E发动机上的零件（见下图）， 联轴器螺母的毛料为镍基合金锻件，零件尺寸规格为φ137×48mm，厚度9mm。

联轴器螺母内螺纹采用的是美国联邦螺纹标准，该螺纹为单头螺纹，并且依据美国螺纹标准，没有特殊注明的螺纹均为右旋螺纹（见下图）。

上图中符号和数值的含义为：？苓符号代表该尺寸为重要尺寸；4.75代表内螺纹的大径，单位英寸；12代表在每英寸范围内的螺牙数；UNJF中的UN代表不变螺距，J代表加强型，F代表细牙，UNJF即为不变螺距的加强型细牙螺纹；3B中的3为螺纹等级，B代表内螺纹。圆头起始按MIL-S-8879，MIL-S-8879为控制牙底半径并增大小径的螺纹通用规范，已被批准作为美国联邦螺纹标准之一，与UNJ统一加强螺纹标准完全一致。UN统一螺纹标准为美国紧固件的基本螺纹标准，UN统一螺纹为在机械和结构内作紧固用的完整的螺纹制度，其显著特点是通过螺纹牙型、直径-螺距组合和尺寸极限的标准化来达到螺纹的互换性。不变螺距系列适用于需反复装配和分解的零件上，或以加大尺寸重新加工螺纹来修复磨损螺纹之处。螺纹等级是按彼此间的公差和容差量来分类的，分等级的作用是为了保证螺纹件的互换性能。内螺纹分为3个不同的等级，它们是：1B、2B、3B。3B级内螺纹供紧密配合并对螺纹导程与夹角要求极高之处使用，3B级内螺纹的中径无论有无涂镀层均为基本中径，要能与无容差或间隙的最大实体零件配合。UNJF螺纹适用于高温以及在产品实际尺寸与重量相同条件下需有较高疲劳寿命和应力级的场合，如用于航空发动机及飞机、导弹、宇航飞行器及对尺寸与重量要求极为严格的类似设计之处。在这里还要介绍几个螺纹轮廓尺寸术语，在后续的编程计算中将会用到。

（1）螺距：相邻螺牙在中径线上对应二点间的距离，基本螺距等于导程除以螺纹线数。

（2）导程：配对螺纹件旋转一整圈时移动的轴向距离。

（3）每英寸螺牙数：为螺距（英寸数）的倒数。

2 铣加工设备的选择

联轴器螺母的尺寸规格为φ137×48，厚度9mm，属于较小的零件，因此数控设备的选择不能太大，以免造成不必要的资源浪费，同时也利于零件的找正和试加工时的观察。螺旋线的铣削要求设备必须是立式四坐标的加工中心，并且必须有转台。通过以上的要求来考察，95车间的MAHO四坐标加工中心符合这一要求。下面就要看该设备是否具有螺旋线的铣削功能了，通过学习MAHO的操作手册发现，MAHO有一个螺旋线插补的功能。螺旋线插补的含义为在加工平面上有圆周运动同时有刀具轴的直线运动。该命令的格式为G2 X Y Z I J2 K（升程=2mm），用该命令编程时除了要写出圆周中心点坐标外，必须写出圆周运动三个坐标轴的终点坐标或每转一周的升程。因螺旋线坐标点难于确定，因此程序编制采用升程的方法。

3 数控程序的编制

因联轴器螺母内螺纹后续工序还要电镀银层，按美国螺纹标准规定没有特殊注明的螺纹尺寸都为镀后尺寸。通过查美国联邦螺纹标准并减去镀层厚度计算得出镀前的大、中、小径为120.7-121.14mm、119.33-119.45mm、118.64-118.85mm。根据螺旋线插补命令的格式还要计算出导程，根据前面的定义知道，基本螺距=导程/螺纹线数，联轴器螺母内螺纹为单头螺纹，因此导程等于螺距，螺距=1/每英寸螺牙数，经计算得到导程为1.7mm。

通过上图可以知道，不完全螺纹去除后凸出螺纹牙底的高度为0-0.123mm，铣除螺纹转接R为12.7-38.1mm。该转接R可以直接用刀具保证。由于尺寸特性为重要特性，程序中使用了刀具的半径补偿和刀具长度补偿。轮廓铣：铣刀刀心的运动轨迹并不等于加工零件的实际轮廓，在进行轮廓加工时，铣刀中心偏离零件轮廓表面一个刀具半径值，因此必须考虑进行刀具半径补偿，在程序编制时合理地使用指令G41、G42和G40，即可建立刀具半径补偿和取消刀具半径补偿。刀具长度补偿：通过改变刀具长度补偿坐标值上刀。将数控系统中刀具长度补偿栏内对应刀号的长度补偿坐标Y进行修正，使刀具在整个坐标系中进行平移。一般情况下，按对刀仪对刀和刀补中上刀，可加工出合格产品。但在实际加工中，不可遇见的问题会经常出现。为了加工出优质的精品，防止对刀仪不准确和零件加工中出现了让刀，操作者需边加工边测量，才能做到精益求精。

编制的程序如下：

N95000

N1 G18 T31 M6

N2 G54

N3 G90

N4 G0 X0 Y50 Z0 B0 S200 M13

N5 Y-2.473

N6 X35

N7 G42

N8 G1 X60.57 F100

N9 G2 X60.57 Z0 I0 J-1.7 K0

N10 G1 X35

N11 G0 X0 Y50 Z0

N15 G40

N12 M5

N13 M30

4 零件试制

程序编制完成以后还需要现场的零件试加工，以验证加工方法和程序的正确性。见下图

在试加工之前，首先用记号笔标记出螺纹的起刀点，将螺纹的起刀点找正在X轴的正方向上，并找正零件圆心与转台的中心重合，基准面为A面，夹紧D面，找正C面跳动不大于0.04mm。以D端面作为对刀点并作为Y轴零点，零件圆心为X轴和Z轴的零点。为了保证螺纹的转接R值，选用φ40的圆柱铣刀。按程序加工后发现，程序所走的螺旋线是正确的，但该指令只走360°，经过测量铣除一圈螺纹并没有完全去除不完全螺纹，通过加大程序中的升程数值发现并不能使设备铣多圈的螺旋线，只能采用其它方法。最终用下面的方法解决了此问题：首先用记号笔标记出螺纹的起刀点和完全螺纹的位置，找正时先按照螺纹起刀点在X轴正向的方法找正零件，然后按程序正常铣削，当程序走到完全螺纹标记位置时，将程序停止，查看刀具目前所下的深度，记录该深度数值，然后旋转转台，将完全螺纹标记位置转到X轴正向，将该方向定为角向零点。然后将记录的深度数值代替起始深度值，这样一来程序就改变为从完全螺纹位置起刀，走一圈就正好铣到完全螺纹的位置，通过调整刀补及深度加工出的零件完全符合要求。

参考文献

[1]王步高.美国联邦螺纹标准汇编.民航北京维修基地技术处，1983，2.

[2]卓迪仕.数控技术及应用.国防工业出版社，1997.8.

[3]荣瑞方.数控加工工艺与编程.机械工业出版社，1995.8.

作者简介：张世巍（1978-），男，籍贯：辽宁鞍山学历：大学职务：工程师研究方向：航空零件机械加工。