螺纹旋风铣

这一先进技术来加工异型回转体零件 。例如 : 挤压 / 台 , 现在的价格则更高 。而 CBN 刀片的价格是硬
螺杆 、螺旋输送器螺杆 、蜗杆 、核反应堆容器及涡 质合金的 8～10 倍 , 这也是多年来未在国内推广应
轮机的特殊螺杆、偏心螺杆、球体、钢丝绳卷筒等。 用的重要原因 。引进先进的技术必须结合我国的国
CBN 刀片具有硬度高 、其耐磨性仅次于金刚石 、 工实例 : (取自德国 L 公司资料)
红硬性好并具有较高的抗冲击 、抗破碎强度 。而聚
(1) 滚珠丝杠 : GQ40 ×10 (钢珠 <6135mm) ,
晶立 方 氮 化 硼 PCBN 刀 片 则 更 适 应 于 高 速 加 工 螺旋长度 1000mm , 材料 : CF63 (德国 DIN111213)
据了解国外生产 CNC 旋风铣床的主要厂家有 : CNC 旋风硬铣的工艺参数和技术软件 。我国现有
德国 Leistritz 公司 、GW T 公司 、Burgsmuller 父子 的技术手册 、科技资料中有关旋风铣削的工艺参数
公 司 , 奥 地 利 WEIN GA¨R TN ER — 基本上都是属于 “低精度”、“软铣”的范围 , 反映
固度) 。 (5) 先进的强冷技术使高速旋风铣削具有优良
齿形精度 < 0102mm , 表面粗糙度 Ra ≤014μm。 单件工时 : 11137min , 刀片寿命 : 750m 。
的排屑和散热条件 。
(2) 滚珠螺母 : GQ32 ×32 (钢球 <312mm) ,
31CNC 控制和误差补偿技术使螺纹的旋风铣 螺纹长度 120mm , 材料 : CF63 , 60～62 HRC。在
淬硬的滚珠丝杠和螺母为什么能直接旋风硬铣
削出螺纹呢 ? 笔者分析归纳为以下几方面 : (1) 旋风铣削是渐进式的切向断续切削方式 ,
使切削阻力大大降低 。
图 5 螺纹旋风铣削各轴运动示意图
而螺纹的齿形精度和表面质量则通过提高刀具 的成形精度 、寿命 ; 多刀刀盘的制造精度和安装精
(2) 金属切削领域中的高速硬切削 、干切削理 度 ; 刀盘 β角的调整精度 ; 优化刀盘与工件的速 论 ———例如 “绝热剪切理论”、“周期脆性断裂理 比 ; 在各把刀之间对切削余量的合理分配等措施 ,
磨余量的小量化和均匀化而改善螺纹表面质量 。
济宁博特公司正在研制 CNC 旋风铣 (软铣) , 也可
对于 滚 珠 丝 杠 精 度 ≤P3 级 的 产 品 , 可 采 用 采取从国外购买旋风铣头 , 再自制与之匹配的高刚
CNC 旋风硬铣取代螺纹磨削快速制造出来 。
度专用 CNC 车床 , 用于淬火前的软铣 , 通过实践
旋风铣削以丝杠外圆定位 , 有利于提高丝杠的 加工精度 , 有利于贯彻 ISO 标准 。
图 4 高刚度精密定位旋风铣刀盘
螺纹旋风硬铣 ( Thread Hard Whirling) 技术
可以对 60 HRC 以上的滚珠丝杠和滚珠螺母实施硬
铣削并达到较高的精度和加工表面质量 , 使这一新
工艺迈入高效绿色制造领域 。
专题综述
Topic al Review
CNC 螺纹旋风硬铣削
———高效绿色制造技术
黄祖尧
11 螺纹旋风铣削的原理
机床厂还专门生产了一批旋风铣床 , 原机械工业部
螺纹的旋风铣削是用安装在刀盘上的多把成形 北京机床研究所下属精密机床零件厂 , 在精密丝杠
刀 , 借助于刀盘旋转中心与工件中心的偏心量 e 来 生产线上就采用大连厂的旋风铣床对精密丝杠进行
图 3 20 世纪 80 年代的 CNC 旋风铣床 (加工 <80mm ×10mm 的滚珠丝杠)
26 机械工人 (冷加工) 2004 年第 9 期 机械工人 冷加工热加工 为制造业创造价值
专题综述
Topic al Review
国机床工具协会滚动功能部件分会的企业介绍了 CNC 旋风铣及铣削技术 。时隔 10 多年之后 , 在滚 协五届二次理事会期间 , 该公司再次对口交流了 CNC 旋风硬铣技术及新产品 。
回收 , 对生产工厂的环境的污染大大低于一般铣削 工艺的要求 , 又能满足滚珠丝杠副使用性能要求的
和螺纹磨削 , 是值得推广的高效绿色制造技术。新 新钢种 。
一代的 CNC 旋风铣具有旋铣 、圆周铣 、车 、磨 、抛
作为一种技术附加值高的高效专用装备 , 其售
光等多种功能 。国外在机械制造的许多领域都采用 价是十分昂贵的 , 10 多年前的价格约为 40 万马克
先进工艺装备 , 用于淬火前的软铣或淬火后的硬 决和掌握这些关键技术 。
铣 。笔者 1979 年在日本 NS K 公司实习考察时 , 看
德国旋风铣滚珠丝杠 、滚珠螺母所采用的材料
到他们 生 产 现 场 早 已 采 用 CNC 外 旋 风 铣 ( 3m 、 为 CF53 、CF63 ( D IN1 、1213 ) , 相 当 于 日 本 的
完成渐进式的高速铣削 (见图 1) 。刀盘的旋转轴 高效粗加工 。山东济宁丝杠厂 、南京工艺装备厂等
线相对于工件轴线倾斜一个螺旋升角 β。加工时 , 许多丝杠生产厂也都曾采用这一工艺 。但是多年来
工件以 nw 低速旋转 , 刀盘以 no 与工件同向高速 我国旋风铣工艺一直停留在低精度软铣水平上 。 旋转 , 工件每转 360°刀盘纵向进给一个导程 , 从
120mm , 齿 形 精 度 01004mm 表 面 粗 糙 度 Rz < 项技术含量高的系统工程 , 为了提升我国滚珠丝杠 4μm , 单件工时 : 113min , 刀具寿命 : 350 件 。 制造水平 , 有条件的企业全面引进是十分必要的 。
41 关于我国推广 CNC 旋风硬铣技术的探讨 在购买装备的同时应当引进全套的制造技术 , 包括
4m) 和 CNC 内旋风铣 , 用于淬火前的软铣 。
S50C (J IS 标准) , 类似我国的 50～55 H 可控淬透
CNC 旋风铣床不但生产效率高 , 而且由于它不 性钢 。而 我 国 目 前 大 量 使 用 GCr15 、GCr15SiMn
使用难于处理的切削液 , 呈 “逗号”状的切屑易于 轴承钢 。我们要立项研究既能满足 CNC 旋风铣削
28 机械工人 (冷加工) 2004 年第 9 期 机械工人 冷加工热加工 为制造业创造价值
切 削 技 术 !!""#$% &’()$*+*%,
大型内螺纹的旋风铣削加工
李 刚! 朱红玲 "长沙航空职业技术学院!湖南 长沙 !"#"$!#
摘 要*介绍了大型精密内螺纹旋风铣削加工的工艺方法和编程!该方法主要针对材质硬度高$孔数目较多的大型精密
当被用于精密滚珠丝杠的粗加工和淬火后的半精 情 , 找到巧妙的切入点才能转化为生产力 , 才能产
加工时 , 由于它在短时间内去除螺杆绝大部分的切削 生效益 。对于我国大多数滚珠丝杠制造企业而言 ,
量 , 使工艺路线简化、制造周期大大缩短 , 还因为精 可采用经济型 、中低档 CNC 旋风铣装备 , 据了解 ,
而铣出螺纹 。刀盘上有多把成形刀 , 但只能依次由
一把刀参加切削 。切削余量由每把刀合理分配 , 切
屑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具有充分的散热时间 , 这就十
分有利于延长刀具使用寿命 , 提高加工表面质量 。
与一般铣削比较 , 旋风铣削的金属切削率要高得
多 , 因不用切削液 , 采用压缩空气强冷 , 切屑带走
论”等 , 在生产实践中得到进一步验证和发展 。 (3) 先进的刀片材料和精密的刀具 、刀盘制造
技术 为 旋 风 硬 铣 创 造 了 必 要 条 件 。立 方 氮 化 硼
可使齿形精度 ≤0102mm , Ra < 3～5μm (最低 Ra = 014μm) 。
滚珠丝杠 、滚珠螺母采用 CNC 旋风硬铣的加
绝大部分热量 , 工件温升低 , 热变形小 , 它是一种
高效绿色螺纹加工方法 。
图 2 旋风铣削早期的典型结构 (旋风铣头已有改进)
德国等西方工业发达国家 , 上世纪 80 年代推 出 CNC 旋风铣机床 (见图 3) 及高刚度精密定位 刀盘 (见图 4) 。在 Metaltes’87 西德金属加工展 览会 ( 北 京) 上 首 次 在 中 国 展 出 其 产 品 。德 国 Leistritz 公司在 CIM T’91 展出产品的同时还给中
60 HRC 以上的硬材料 。在这方面西方工业发达国 淬火后的硬度 60～62 HRC。
家开发时间较早 、技术水平高 。
在 PW160 型 CNC 旋风铣床上加工后 :
(4) 新一代的 CNC 旋风铣床大大强化了机床
导程 精 度 ( 静 态 测 量) : P3 级 ( 01012mm/
—工件 —刀具系统的动刚度 (也包括机床安装的牢 300mm) , 中径锥度 0101mm/ 1 000mm ;
图 1 螺纹旋风铣削工作原理图
21 旋风铣削由 “软铣”到 “硬铣”是高速硬 切削制造技术的突破
旋风铣削在我国机械制造中早有应用 。在 20 世纪 60～70 年代作为一项革新成果推广 , 最普遍 的作法是在卧式车床的溜板上安装旋风铣头 (见图 2) , 主要用于一般钢材各种螺纹的软铣 。当年大连
非标准内螺纹的加工% 实践表明!该方法加工效率高!且可严格控制螺纹的精度%
关键词*内螺纹) 旋风铣削) 程序
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削由低精度粗加工向精密加工方向发展
PWM200 型 CNC 内旋风铣床加工后 : 导程 精 度
机械工人 冷加工热加工 为制造业创造价值 机械工人 (冷加工) 2004 年第 9 期 27
专题综述
Topic al Review
( 静 态 测 量 ) < 01006mm/ 32mm , < 01008mm/ 步 。引进和成功使用 CNC 旋风铣技术及装备是一
图 5 为 CNC 旋风铣机床各轴的运动示意图 。 其中 R ———刀盘 (刀头) 高速旋转运动 ; W ——— 刀盘相对于丝杠的轴向旋转运动 ; X ———刀盘相对 于丝杠的径向进给运动 。除完成上述运动的控制 外 , 新一代的 CNC 旋风铣床还可以对由热变形引 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心度和回转精度 的影响 。当采取这些措施后 , 使滚珠丝杠的导程精 度达到了 D IN69051 标准的 3 级 。
TH0MSON 、 SA GINAW 、B EAV ER , 意 大 利 的 齿形的修正 、旧刀的刃磨十分关键 , 例如 : 大螺旋
UMB ER - cuscinetti S1P1A 等为了提高生产效率 , 升角螺纹牙型的修正 , 因铣削时受力状态的差异导
缩短制造周期 , 在滚珠丝杠生产线上都采用了这一 致齿形两侧面误差的修正 。在成批生产中 , 必须解
MASCHIN ENBAU 公司 、Linsinger 公司等 。海外 的是我国 20 世纪 70～80 年代的水平 , 因此 , 引进
一些滚珠丝杠生产企业例如日本的 NS K , 台湾的 软件技术是十分必要的 。
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HIWIN , 德 国 的 Rexrot h 、SHU TON , 美 国 的
在 CNC 旋风铣中 , 刀具材料和刀具的制造 、
机遇 , 行业中的重点骨干企业都在规划加大投入实 知识产权的 CNC 旋风铣机床 , 只有装备国产化 、
现产业化 , 引进 CNC 旋风铣技术及装备成为老总 大众化 、才能使这一新的绿色制造技术扎根神州沃
们关注的热点 。南京工艺装备厂已率先走出第一 土 , 开花结果 。
(收稿日期 : 20040722)
采用 CNC 的旋风硬铣工艺可快速加工出大螺 不断总结提高向前发展 。
旋升角滚珠螺母 , 是批量生产大导程滚珠丝杠副和
我们不能总依赖洋拐棍走路 , 建议国家立项投
精密高速滚珠丝杠副的重要装备 。
资安排有条件的机床制造企业 , 在引进 、消化 、吸
当前我国滚动功能部件产业正面临发展的黄金 收的基础上创新 , 研发具有中国特色的 、具有自主