摘要: 發動機機體主軸承螺栓孔、曲柄平（píng）衡塊螺栓孔等重要螺紋孔的加工是該零件加（jiā）工的關鍵工序。應用正交試驗方法，可以（yǐ）確定螺紋銑削加工中的（de）關鍵參數，以實（shí）現提高加工質量與（yǔ）效率的目的。試驗以切削線速度（dù）、每齒進給量和背吃刀量為影響因（yīn）素，每個因素選取 3 個設計水平，在三軸聯動的數控機床上進行（háng）加（jiā）工試驗，並分析試驗結（jié）果。結果表明，在螺紋銑削加工中參數的（de）影響大小依次是: 每齒進給（gěi）量，切削線速度，背（bèi）吃刀量。
 
      關鍵詞: 螺紋加工; 正交試（shì）驗; 三（sān）軸聯動
 
      0 引言
 
      隨著時（shí）代的進（jìn）步，數控技術在我國大中型機械（xiè）加工業（yè）中的應用越來越廣泛。螺（luó）紋銑削加（jiā）工主要是（shì）指用數控機床的螺旋（xuán）插（chā）補功能( G02 /G03) 進行螺紋加工的（de）工藝。與傳統的（de）加工（gōng）方法相比，螺紋銑削工藝具有效率（lǜ）高，精度高，同（tóng）一把螺紋銑刀可以加工同一螺距的不同（tóng）尺寸螺紋等優點，且加工時不（bú）受（shòu）加工旋（xuán）向（xiàng）的限製。另（lìng）外，由於目前螺（luó）紋銑刀的製造材料為（wéi）硬質合（hé）金，切削線速度可（kě）達 80 ～ 200m /min［1］，使加工螺紋的表麵粗糙度（dù）大幅下降。在本項（xiàng）目中，筆者將通過正交試驗確定螺（luó）紋銑削的最優加工（gōng）參數。
 
      正交試驗是多因素試驗中最簡單常用的一種試驗設計方法。人們通過合理安排試驗方案（àn），科學（xué）處理數據，利（lì）用正交試（shì）驗中少數有代表性的試驗，找（zhǎo）到最優方案。正交試驗主要包括試驗方案設計及試驗結果分析等內容。
 
      1、 正交試驗方案
 
      1． 1 試驗方案的確定
 
      在（zài）螺紋銑削加工中，主要的加工參數包括切削線速度 vc、每齒進給量 fz、背吃刀量 ap、銑削長度和銑削方（fāng）式（shì）( 順銑還是逆（nì）銑) 等。在本試驗中，選用對加工質量影（yǐng）響較大的切（qiē）削線速度、每齒進（jìn）給量和背吃刀量作為影響（xiǎng）因素。
 
      衡量螺紋加工質量（liàng）的因素有很多，如螺紋（wén）牙粗（cū）糙度、中徑精度和螺距均勻度等，出於檢（jiǎn）測手段方麵的考（kǎo）量，本試驗以螺（luó）紋牙粗（cū）糙度作為衡量標準。由（yóu）此根據正交試驗法安排試驗，共設試（shì）驗影響因素3 個，每個因素（sù）選取 3 個水平，因素水平表如表 1 所示。
 
      因為單個因素（sù）的自由度為水平數（shù） r － 1，所（suǒ）以本次試驗總自由度為 6，試驗總數應大（dà）於 6，且試驗次數（shù）應盡量 少［2］，所以選（xuǎn）取試驗次數為 9，則 正 交 表（biǎo） 為L9 ( 34
) ［3］。
  
     

      1． 2 加（jiā）工試驗過程
 
     本次試驗所用機床為（wéi）友（yǒu）嘉三軸聯動（dòng）數控機床（chuáng） Vb-825A，加（jiā）工對象為 M27 × 2 的內螺紋，加工材料為（wéi）球墨鑄鐵。本次試驗選取山特（tè）維克的（de）機夾（jiá）式單刃螺紋銑刀作為加工（gōng）刀具（jù）［4］。
 
     加工過程中為減小刀具與工件的衝（chōng）擊，采用圓弧切入法，刀具運動（dòng）軌跡如圖 1 所示，切削（xuē）示意圖（tú）如圖 2所（suǒ）示。
 
     螺紋銑（xǐ）刀從下刀起始位置 A 開始，直線運動（dòng）到位置 B，為切進工件做準備。刀具中心從位置 B 沿圓弧BC 從位置 C 切進工件開始加工，加工結束後沿圓弧CD 退（tuì）刀至位置 D。在切削過程中，螺紋銑刀沿螺旋曲線運動，繞螺紋軸線沿（yán） X、Y 方向進行圓（yuán）弧插補運動，同時在 Z 方向直線（xiàn）運動，每繞螺紋軸線運（yùn）行一周沿 Z方向（xiàng）移動（dòng）一個螺距。
加工結束後，用粗糙（cāo）度儀（yí）測量粗糙度。

   
  
     1． 3 加工程序的編（biān）製
 
     由於本次試驗（yàn）采（cǎi）用單刃刀片，所以加工程序（xù）采用了獨具特色的編程（chéng）方法。其程序實質是將單個螺距
  
    
  
     高度的加工（gōng）程序作為子程序［5-6］，然後通過控製調用子程序的次數，完成整個螺紋的加工，整個加工過程分為粗加工和精加工兩次加工完成。加工程（chéng）序如（rú）下（xià）。
 
    1． 3． 1 主程序
 
O1111; /程序名
G80G40G69; /固定循環、半徑補償和旋轉指令（lìng）
G90G54G0X0Y0; /快速定位到原點
M03S1800; /主軸正轉
Z5． 0; /快速（sù）定位到安全距離
G01Z0; /工進到 z0
G42D01G01X － 6Y － 6; /建立刀補，準備切入
G02X － 13． 5Y0Ｒ10; /圓（yuán）弧導入
M98P0111L20; /調用子程序加（jiā）工開始
G90G02X － 6Y6Ｒ10; /圓弧導（dǎo）出
G40G01Z0; /回到 z0
G42G01Y － 6D02; /建立刀補
G02X － 13． 5Y0Ｒ10; /圓弧導入（rù）
M98P0111L14; /調用子程序二次加（jiā）工
G90G02X － 6Y6Ｒ10; /圓弧（hú）導出
G01G50; /退出
M05; /主軸停轉
M30; /程序結束
1． 3． 2 子程序
O0111; /程序名
G91G02I13． 5Z － 2F150; /增量坐標編程，刀具（jù）每次下降一個（gè）螺距
M99; /返回主程序
主程序（xù）中（zhōng）主軸轉速 N = 1 000vc /( πd) ，式中 d 為
主軸直 徑。子（zǐ） 程 序 中 F = fzN，同時通過改變刀補
D01、D02 可以控製（zhì）背吃刀量。
 
      2 、結果（guǒ）分析
 
     正交試驗的結果分析方法有（yǒu）直觀分析、因素（sù）指標和方差分析等［7-8］。直觀分析法（fǎ）是（shì）指比較（jiào）各因素在不同水平下試（shì）驗結果的（de）平均值，直接觀察得出（chū）同一因（yīn）素在不同水平的好壞，從而確定最佳組合（hé）。然而，直觀分析法不能把試驗（yàn）條件（jiàn）的改變和隨機（jī）誤差所引起的數據波動區別（bié）開來，並且沒有提供一（yī）個（gè）所考察因素是否顯著的標準，故本次（cì）試驗還（hái）將采用方差（chà）分析法對影響切削指標的控製因素進行研究，找到控製因素的最佳組合。
 
     正交試驗加工結果如表 2 所示。
  
           

       
  
       結語
 
     螺紋銑削是一（yī）種基於三軸聯動機床的新型螺紋（wén）加工工藝，在實際生產中已經得到廣泛應用。本次實驗基於正交試驗標準設計，以螺紋（wén）銑削加工中的 3 個（gè）重要參數為控製因子，以螺紋牙（yá）粗糙度為指（zhǐ）標參數，並詳細分析試驗（yàn）結果，得（dé）到了試驗因素（sù）對粗糙度影響（xiǎng）大小的預測模（mó）型: 每齒進給量 ＞ 背吃（chī）刀（dāo）量 ＞ 切（qiē）削線速度，並使得加工（gōng）參數得以優化，得到了最佳（jiā）參數組合，對實際的加工有一定的（de）指（zhǐ）導意義。