深螺纹孔铣削加工方法及在机测量测头系统的应用

01

前言

掘锚一体机是综采和高档普采工作面巷道掘进和锚固的机械设备。该机满足煤矿长壁开采技术的需要，可实现巷道一次成型。可配套锚杆运输设备使用，实现切削面的及时支护和切削材料的连续运输，真正实现挖锚同步，大大提高劳动效率，具有整机吨位大、挖锚同步、切削硬度高、切削齿损失小、操作方便、稳定可靠等特点。

截割部作为挖锚一体机的执行单元，其质量直接影响整机的可靠性。切割部分由切割减速器和切割臂组成，两者通过螺纹销紧密连接。连接部件如图1所示。为保证连接强度和精度，螺纹孔深度设计较深，在螺纹孔外使用销孔，保证连接精度。在满足设计和使用要求的前提下，通过设计专用刀具和优化工艺方法，对此类工件进行加工。

02

工艺方案分析

挖锚一体机截割减速器主壳体螺纹销接头结构如下:8个M42、8个M45螺纹底孔深298mm，螺纹有效深度80mm，长径比6 ~ 7，孔销孔φ47H7、φ50H7深200mm。螺纹孔的加工方法一般有两种，一种是用丝锥攻丝，另一种是用螺纹铣刀铣削。

(1)用丝锥攻螺纹由于切削过程中涉及的切削刃较长，扭矩较大，与工件表面的摩擦力较大，而丝锥截面强度较小，容易因排屑不良、刚性不足而造成丝锥折断或螺纹掉齿等缺陷。而且由于工件有较深的螺纹孔，标准丝锥无法满足加工要求，需要专门定制加长丝锥，缺点比较突出，开发周期长，加工难度大，有一定风险。

(2)使用螺纹铣刀配合机床中的冷却系统进行铣削，可以获得较大的切削空间，保证排屑顺畅；切削量可根据机床编程控制，可实现高精度、高质量的螺纹孔加工，切削过程稳定可靠；加工效率远高于丝锥；铣出的螺纹表面质量好；万一破损，很容易取出，不会造成工件损坏[2]。

因此，确定了螺纹孔采用专用螺纹铣刀铣削完成的工艺方案[3]。

03

刀具设计

工件由铸钢制成，热处理硬度为240 ~ 280 HBW。由于要加工的8个M42和8个M45螺纹内径相近，螺距为4.5毫米，所以只需设计一个专用的加长螺纹铣刀来加工该零件的螺纹孔。考虑到螺纹加工刀具的可靠性和通用性，螺纹铣刀的结构设计如图3所示，可以满足加工质量稳定、制造成本低、开发周期短的要求。

螺纹铣刀的特点如下。

1)为了保证切削刀具在加工时的强度要求，材料选用整体硬质合金材料[4]。

2)为了减少过程中的切削量，减少切削余量，刀片为单齿切削，安装两个刀片[5]。

3)刀体采用阶梯式结构，可以在满足加工要求的前提下最大化强度。

4)刀体外径φ36mm根据M42螺纹底孔φ37.5mm设计确定。为了满足铣削最大螺距6mm的要求，刀体前端直径设计为29.5mm

5)前端长φ29.5mm，长100mm，使螺纹有效深度满足设计要求。

6)中端φ39mm长200mm，有足够的空间避开销孔，保证螺纹铣削的排屑效果。

7)尾部φ40h6长70mm，与手柄连接紧密，保证夹紧刚性。

8)采用弹簧卡盘夹紧，保证夹紧精度。

9)刀体设计有冷却系统，保证螺纹铣削时排屑顺畅。

铣刀如图4所示。

04

工件加工

由于工件是大型壳体零件，所以工艺安排是在数控卧式镗铣床加工中心上一次完成钻、镗、铣，螺纹铣削工艺如图5所示。

具体流程如下。

(1)用麻花钻预钻底孔，将M42和M45底孔分别钻成φ37.2mm和φ40.2mm。

(2)分别扩大粗镗销孔，将φ47H7和φ50H7的销孔粗镗成φ46.8毫米和φ49.8毫米..

(3)精镗底孔。用加长镗刀将钻好的底孔镗成φ37.5图mm和φ40.5图mm。

(4)螺纹铣削:用设计的专用螺纹铣刀铣削螺纹，用螺纹加工程序多次铣削，适时用塞规检测螺纹。

(5)精镗销孔，分别精镗φ47H7和φ50H7 200mm深销孔至成品尺寸。

经过试切和切削参数优化[6]，主轴转速N设定为650r/min，进给速度Vf设定为1000mm/min，切削量为0.2 ~ 0.4 mm。

经检测，螺纹和销孔的加工均满足设计和使用要求。处理效果如图6所示。

05

结束语

通过对一个深螺纹孔的工艺研究，分析了攻丝和铣削的优缺点。确定螺纹铣削工艺方案，设计定制的加长螺纹铣刀，安排科学合理的工艺。通过螺纹铣削参数的工艺试验和优化调整，保证了深螺纹孔的尺寸精度，获得了良好的表面质量，为今后深螺纹孔的数控铣削提供了刀具设计方案和加工方法。