大直径非标内螺纹铣削加工的仿真

Equipment Manufacturing Technology No.2,2021
大直径非标内螺纹铣削加工的仿真
刘玮1,王书利2,张莹2,宋亚洲3,马立久2
(1.沈阳理工大学装备工程学院，沈阳110159;2.内蒙古北方重工业集团有限公司，内蒙古包头014030;
3.沈阳理工大学机械工程学院，沈阳]10159;)
摘要：大直径非标内螺纹常用于大型装备的连接与传动，铣削是目前这类螺纹的高效加工方法。

对典型大直径非标内 螺纹结构的铣削加工工艺进行分析，找出影响螺纹加工质量的主要因素，建立了具有w 轴的虚拟镗铣加工中心，基于
U G 进行了铣削编程，并创建了具有W 轴的后处理器，实现了基于Vericut 的铣削加工过程仿真。

关键词：非标内螺纹;铣削；成型铣刀；后处理器；镗铣加工中心中图分类号:TG 501.1
文献标识码：A /-v
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大直径内螺纹是大型装备连接和传动的重要结 构，由于独特的连接或传动的需求，其主要为非标螺 纹。

在大直径内螺纹的加工中，铣削相对于车削具有 更加明显的优势[11。

铣削内螺纹时铣刀直径、几何角 度及铣削参数的选择对内螺纹加工精度及效率具有 重要影响1M ，如通过实验方法对此进行研究，其周期 长、成本高，且柔性差。

因此，建立一种内螺纹铣削过 程仿真方法，对大直径非标内螺纹铣削技术的研究 具有重要的意义。

本文以一种典型内螺纹为例，建立了一种大直 径非标内螺纹铣削过程的仿真方法。

1内螺纹结构及铣削方案
1.1内螺纹结构
图1为一种具有非标内螺纹结构的箱体类工 件。

如图1U )所示，螺纹孔位于箱体中心，螺纹孔的 底端有退刀槽，该工件的内螺纹适于在铣床上通过 铣削加工完成。

如图1(b )所示该非标内螺纹是一个 螺距为9 m m 的梯形内螺纹,其螺纹小径为260 m m , 螺纹大径为270 m m ,牙侧角分别为12°和30°。

该螺 纹的主要功能是起连接作用，其12°牙侧面是螺纹连 接的主要定位面，所以在该非标内螺纹的铣削加工 中，螺纹的12°牙侧面的加工质量是影响螺纹加工质 量的主要因素。

收稿日期：2020-11-01
作者简介:刘玮（1975-)，女，辽宁本溪人，高级实验师，本科，主要研究方向为兵器科学与技术。

文章编号：1672-545X ( 2021 >02-0064-03
(a )非标内螺纹工件
图1大直径非标内螺纹结构
1.2铣削方案
如图2所示，内螺纹铣削选择沿轴向为从里向 外的的拉铣加工方案。

这种拉铣螺纹方法具有以下 优点：
(1)
有利于保证12°定位面的精度；
(2)
实现了顺铣加工，有利于提高铣刀寿命；
64
《装备制造技术》2021年第2期
(3)有利于排屑。

表2
大直径非标内螺纹铣削参数
「 A
A-A
图2内螺纹拉铣加工
2创建虚拟机床
依据前述内螺纹铣削方案，构建如图3所示虚 拟数控刨台式镗铣机床进行内螺纹铣削仿真加工。

在该机床结构为T 字型床身布局，加工运动为五轴 联动，X 轴、Y 轴、Z 轴为机床的基本轴，其中竖直方 向为Y 轴，其中横向为X 轴，其中纵向为Z 轴，B 轴 为机床的旋转轴，通过回转工作台实现。

W 轴是Z 轴 的一个附加轴，在加工过程中可以增加刀具的悬伸 量。

表1为机床各运动轴的行程参数。

工步名称切削速度^ /(m /m in)
径向切深4
/mm 每齿进给量/(m m /z)1粗铣加工7040.12半精铣加工1200.80.063
精铣加工
150
0.2
0.02
图4为U G 生成的粗铣加工铣刀运动轨迹。

图4大直径非标内螺纹粗铣加工刀具轨迹
3.2创建后U G 处理器
由于创建的虚拟镗铣机床在Z 轴的基础上附加 了一个W 轴，该机床在实际铣削螺纹加工过程中， 铣刀的进刀和退刀运动通过W 轴的伸缩来完成。

为 此需要创建新的后处理器，使得在U G 中经过后处理 得到的数控程序可实现这一功能。

在U G 后处理器 “程序和刀轨”的定制命令中添加PB _CMD _zw _axis.tc 1 文件D 在程序工序起始序列的“进刀移动”位置处添加 PB _CMD _set _mode_waxis 命令程序，实现机床Z 轴向 W 轴的运动转换，如图5(a )所示。

在程序工序结束序 列的“退刀移动”位置添加PB _CMD _set _mode_zaxis 命 令程序，实现机床W 轴向Z 轴的运动转换，如图5(b ) 所示。

图3数控刨台式镗铣机床
表1数控刨台式镗铣机床的行程参数
参数X 轴行程
/mm Y 轴行程 /mm Z 轴行程 /mm W 轴行程 /mm B 轴转角/(°)数值
-1000-1000
-5-1495
350-1550
-500-0
0-180
3基于U G 的内螺纹铣削刀轨生成
B
进刀移动
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C ^P B -C M
D -O iitp u t-a o tio n -m * ..昼
(a )添加 PB_CMD_set_mode_waxis 命令
52 遇刀移动 1—
^.r P S ^C ^^o u t p u t.B o t i o n ^*.. .1
(b )添加 PB_CMD_set_mode_zaxiS 命令
图5添加机床Z 轴和W 轴运动的转换命令
3.1铣削参数选择及刀轨生成
运用由此得到的后处理器对U G 加工过程进行
内螺纹齿深为5 mm ,考虑到合理的粗、精加工后处理，即可得到具有W 坐标的数控程序3
分配余量，将铣削工艺分为粗铣加工、半精铣加工和 精铣加工三个工步,铣削参数如表2所示。

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图7
添加刀片轮廓
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(1^)加1:过程监控
图9铣削内螺纹仿真程序运行及过程监控
使用专用成型铣刀仿真铣削加工得到的大直径 非标内螺纹如图10所示。

(下转第77页）
图8专用非标内螺纹铣刀
4.3加工仿真及结果
把由U G 规划并经过后处理的铣削内螺纹NC
程序加载到VER 1CUT ，运行NC 程序进行铣削内螺 纹加工仿真。

通过VERICUT 提供的信息模块中的数 控程序表和状态表，对每一步的加工程序进行实时 的监控，可避免在切削过程中各部件之间产生碰撞
和各运动轴出现行程超程的情况（图9)。

4基于Vericut 的加工仿真
4.1添加工件毛坯
如图6所示，使用U G 进行工件毛坯的建模，导 出为stl 格式，然后导入VERICUT 仿真加工环境中。

这是铣削内螺纹的被加工对象：
图6添加工件毛坯
4.2构建刀具库
由于内螺纹为非标螺纹，需要使用专用成型锐 刀加工螺纹齿形。

依据螺纹齿形绘制螺纹铣刀刀片 二维轮廓,然后导入新建刀具库（图7)。

使用U G 建 立刀柄和刀盘的三维模型，导出为stl 格式文件，并
将其导入刀具库。

通过对刀片二维轮廓扫描来生成 刀片三维模型，并添加到刀盘上，完成专用非标内螺 纹铣刀刀具的创建（图8)。

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《装备制造技术》2021年第2期
Dynamic Modeling and Simulation of Rotary Locking Mechanism
SUN Y an-fu,ZH U Jian-yu
(Shenyang University of Technology Equipment Engineering,Shenyang 110159, China)
Abstract：The rotary rigid locking mechanism has the characteristics of reliable function, simple structure and powerful firing gun, so it is widely used in the gun family series developed by our country. At present, the re­search level of lock mechanism structure of rifle weapon has been improved significantly in China, but the re­search on dynamic simulation is relatively few. In order to solve this problem, the dynamic mathematical model is built by analyzing the working characteristics of the head turning lock mechanism and the establishment of three- dimensional model, and the simulation analysis is carried out by Adams. The simulation results show that the locking mechanism can unlock in 0.5 s and within 1s. The working route and motion relationship of the basic components of the rotary lock gun machine are reliable, the movement coordination and the throwing shell route are accurate. The dynamic model of the rotary locking mechanism is established,which provides a theoretical basis for the design of the lock mechanism of Rifle Weapon.
Keywords：rotary; locking mechanism; dynamics; mathematical model; simulation
(1) 建立了一种大直径内螺纹的拉铣加工方法。

(2) 设计了内螺纹专用虚拟成型铣刀。

(3) 实现了大直径非标内螺纹的仿真加工
图10大直径非标内螺纹加工效果(剖面图）参考文献：
[1] 林法振，孙文.大直径内螺纹的铣削加工研究[J].中国新技
术新产品，2018(5):34-35.
[2] 刘志峰.旋风铣螺纹刀具磨损对旋合性的影响[J].阀门，
1995(2)： 28-30.
[3] 王伟.大型螺纹旋风硬铣削数值模拟及工艺参数优化[D].
杭州：浙江大学，2016.
[4] 李莎，于洋.内螺纹铣削力预测模型及试验研究[J].制造业
自动化，2017,39(4) :40-44,78.
Simulation on Machining Large Diameter Non-standard Internal Thread by Milling
LIU W ei1, WANG Shu-li2,ZHANG Ying2,S0NG Ya-zhou3,M A L i-jiu2
(1.School of Equipment Engineering, Shenyang Ligong University, Shenyang 110159, China;
2.Inner Mongolia North Heavy Industries Group Corp.Ltd, Inner Mongolia Baotou 014030, China;
3. School of Mechanical Engineering, Shenyang Ligong University, Shenyang 110159, China)
Abstract：Large diameter non-standard internal thread is often used for connecting and driving of large equipment. Milling is the most efficient machining method for this type of thread at present. The milling technology of typical large diameter non-standard internal thread structure is analyzed. The main factors affecting thread machining quality are found out. The virtual boring-milling machining center with W axis was established. The m illing pro­gram was carried out based on UG, the post-processor with W axis was created, and the milling process simula­tion based on Vericut was realized.
Keywords：non-standard internal thread; milling; formed milling cutter; postprocessor; boring-m illing machin­ing center
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