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摘要：刀轴是应用于双滚筒式飞剪机的核心零件，为整体的不锈钢锻件。结构复杂，而且螺旋槽精度高、螺旋角小、导程大、两件一致性要求高是滚筒式飞剪机刀轴的主要特点。在加工过程中既要保证图纸要求又要提高生产率。本文对其高效利用现代化、自动化程度高的数控加工方法进行了详细的分析和阐述，并介绍了检测方法。
关键词：滚筒飞剪，螺旋槽，数控，加工
随着国家经济实力的壮大、科技水平不断进步和人民生活水平日益的提高，有色金属行业在近几年得到了快速的发展。全国各地相继投产了一些年产量在几万吨以上的大型铝加工厂，对精整设备提出速度更快、精度更高、质量更好的要求。双滚筒式飞剪机正是在这种形势下研制開发的，该机技术先进，节能效果好，但制造难度大。之所以称为滚筒飞剪，是因为飞剪的剪刃安装在刀轴的螺旋形的槽中，随着剪轴的转动两个剪刃像齿轮啮合一样将材料剪断。本设备作用于将行进中的铝板材按规定的长度，快速、精确的剪切成合格的板料。
1. 剪切原理及刀轴主要参数
双滚筒飞剪机的剪切原理和斜刃剪机的剪切原理基本一样，不同的是双滚筒飞剪机在钢板高速运动中进行剪切，要求两个刀轴剪切完全同步回转，其线速度与钢板运动速度相同。刀片是以螺旋的形式固定在刀轴上的，剪切过程类似一对齿轮的啮合。飞剪的剪刃用压块固定在滚筒的螺旋槽内，使其发生弹性变形，形成螺旋剪刃。此刀轴全长3060mm，最大外径φ348mm，最高粗糙度要求达Ra=0.8，螺旋槽宽54mm，螺旋角β=2°25′螺旋槽导程为25904.62647mm。螺旋槽内有平行于水平轴的M12螺孔46个，随着螺旋槽螺旋方向有46个间隔为50mm的完全向心的M10螺孔，M10螺孔上部为φ46的同心孔且于螺旋槽之间有φ14H8的光孔所贯通（此处为调节剪刃所用）。由于刀轴两端为阶梯轴为减少切削加工余量，改善材料的力学性能故材料采用锻件42CrMo。
2. 刀轴的粗加工
刀轴的粗加工为保证工件内部应力完全释放，第一次粗车每面留有10mm余量（直径方向20mm），后进行超声波探伤，探伤标准为：JB/T5000.15-2007 Ⅱ级。确保内部无缺陷后进行整体热处理调质，调质硬度达HB241-286。二次车各面留有6mm余量后再次进行超声波探伤，保证内部无缺陷。在确保材料性能完全达到工件的使用要求后进行粗加工螺旋槽：划线先划刀轴的横向中心线并将其引到有螺旋槽一侧的φ348js7外圆的表面；精划螺旋槽加工线，螺旋槽划线要和平键槽位于同一方向上。然后粗铣螺旋槽使其每面留有5mm余量，后进行人工时效，再次释放加工过程中所产生的残余应力。待残余应力释放过后进行半精加工，由于阶梯轴处φ150g6外圆要求淬火处理，所以将其每面留有1mm的余量，其余各部每面留2mm加工余量。φ150g6外圆淬或处理后将进行精加工。
3. 刀轴的精加工
刀轴表面粗糙度要求比较高，因此精车各阶梯轴时要对其外圆留有0.1～0.5mm不等的磨量，用大外圆磨床磨削达到要求尺寸来保证刀轴表面的光洁度。精加工螺旋槽前先按各精加工达图的面为基准来划横向中心线，并再次引到有螺旋槽一侧的φ348js7外圆表面上；精划螺旋槽加工线。
由于该刀轴螺旋槽形状复杂、导程大、各孔之间要求精度高，需要在高精密机床完成加工制造，以保证工件的质量。在刀轴的加工过程中必须严格按照图纸要求控制螺旋槽及各孔之间的形位公差尺寸，因此刀轴螺旋槽及各调整螺钉的孔都是在8×20米七轴五联动数控车铣加工中心中进行加工的。先将刀轴按轴向方向延机床X轴方向摆放，底部多处垫实，防止工件在加工过程中出现震颤现象，将工件左侧设为X轴零点，右侧位于X轴正向，按φ348js7外圆母线找正工件，各项找正误差都≤0.02mm，而且压工件时要打表控制，保证工件在压牢后各项找正误差不变。精加工中用到的所有刀具都需经过预调室精确预调，精度达到小数点后三位。先根据预调过刀具的长度、宽度及万向铣头的参数确定刀具补偿值，输入和空运行程序进行校验，根据显示器上所显示的信息进行判断、修改程序。其次在不装夹刀轴的情况下进行自动运行检验程序；主要检验坐标轴可连续进行的自动运行功能，运行中注意验证走刀路线、轨迹形状和方向。最后将机床零点设置到刀轴上，进行自动运行程序，检验程序和实体图象的准确性。经过上述检验和验证的数控程序方可投入使用。为降低刀轴在加工过程中因温度过高而产生的残余应力、提高加工精度、减少对刀具的磨损，精加工过程中会不间断的对工件浇注冷却液。
先用锥柄键槽铣刀通过五轴数控加工程序先铣出螺旋角β=2°25′的螺旋槽，然后根据已加工出的螺旋槽位置尺寸通过五轴加工程序试钻各孔位置来验证各孔位的准确性。从而保证了46-φ14H8孔的向心性、46-M12螺孔与横向中心线的平行性。
4. 检测方法
刀轴的螺旋槽的检测是借助一个专用检测工装来实现的。检测工装有：曲柄、两个不同大小的短量块（A、B）、长量块（C）、底座、表架及百分表。检测原理为正弦测量法，主要检测两刀轴螺旋角的线值，该线值是根据剪刃间隙公差确定的。其值为△L≤△/2=0.0115mm。
测量时，先确定一个位置X，在刀轴长度之内，表架紧靠底座的左端。这时曲柄应为水平位置（用一短量块A定位），百分表的测头顶在刀轴立面上，同时把表针调为“0”。然后将表架由X位置移动到Y位置，移动距离为1m（由长量块C控制），同时通过曲柄回转（用短量块B控制）使滚筒转过一个γ角，此时再把百分表顶在螺旋槽立面上，表针所指数值即为测量值，若该值小于或等于△/2，即合格，否则不合格。
5. 结语：采用以上方法加工的飞剪刀轴满足了图纸的技术要求。经检测两个刀轴的螺旋槽误差的限值都在图纸要求之内，经过实际生产验证，满足了双滚筒式飞剪机的使用要求。
参考文献：
[1]常汉青.主轴和箱体类零件的机械加工工艺分析.科技信息，2011，19.
[2]孙夫为等.机械加工及焊接工艺手册，1995.8.
关键词：滚筒飞剪，螺旋槽，数控，加工
随着国家经济实力的壮大、科技水平不断进步和人民生活水平日益的提高，有色金属行业在近几年得到了快速的发展。全国各地相继投产了一些年产量在几万吨以上的大型铝加工厂，对精整设备提出速度更快、精度更高、质量更好的要求。双滚筒式飞剪机正是在这种形势下研制開发的，该机技术先进，节能效果好，但制造难度大。之所以称为滚筒飞剪，是因为飞剪的剪刃安装在刀轴的螺旋形的槽中，随着剪轴的转动两个剪刃像齿轮啮合一样将材料剪断。本设备作用于将行进中的铝板材按规定的长度，快速、精确的剪切成合格的板料。
1. 剪切原理及刀轴主要参数
双滚筒飞剪机的剪切原理和斜刃剪机的剪切原理基本一样，不同的是双滚筒飞剪机在钢板高速运动中进行剪切，要求两个刀轴剪切完全同步回转，其线速度与钢板运动速度相同。刀片是以螺旋的形式固定在刀轴上的，剪切过程类似一对齿轮的啮合。飞剪的剪刃用压块固定在滚筒的螺旋槽内，使其发生弹性变形，形成螺旋剪刃。此刀轴全长3060mm，最大外径φ348mm，最高粗糙度要求达Ra=0.8，螺旋槽宽54mm，螺旋角β=2°25′螺旋槽导程为25904.62647mm。螺旋槽内有平行于水平轴的M12螺孔46个，随着螺旋槽螺旋方向有46个间隔为50mm的完全向心的M10螺孔，M10螺孔上部为φ46的同心孔且于螺旋槽之间有φ14H8的光孔所贯通（此处为调节剪刃所用）。由于刀轴两端为阶梯轴为减少切削加工余量，改善材料的力学性能故材料采用锻件42CrMo。
2. 刀轴的粗加工
刀轴的粗加工为保证工件内部应力完全释放，第一次粗车每面留有10mm余量（直径方向20mm），后进行超声波探伤，探伤标准为：JB/T5000.15-2007 Ⅱ级。确保内部无缺陷后进行整体热处理调质，调质硬度达HB241-286。二次车各面留有6mm余量后再次进行超声波探伤，保证内部无缺陷。在确保材料性能完全达到工件的使用要求后进行粗加工螺旋槽：划线先划刀轴的横向中心线并将其引到有螺旋槽一侧的φ348js7外圆的表面；精划螺旋槽加工线，螺旋槽划线要和平键槽位于同一方向上。然后粗铣螺旋槽使其每面留有5mm余量，后进行人工时效，再次释放加工过程中所产生的残余应力。待残余应力释放过后进行半精加工，由于阶梯轴处φ150g6外圆要求淬火处理，所以将其每面留有1mm的余量，其余各部每面留2mm加工余量。φ150g6外圆淬或处理后将进行精加工。
3. 刀轴的精加工
刀轴表面粗糙度要求比较高，因此精车各阶梯轴时要对其外圆留有0.1～0.5mm不等的磨量，用大外圆磨床磨削达到要求尺寸来保证刀轴表面的光洁度。精加工螺旋槽前先按各精加工达图的面为基准来划横向中心线，并再次引到有螺旋槽一侧的φ348js7外圆表面上；精划螺旋槽加工线。
由于该刀轴螺旋槽形状复杂、导程大、各孔之间要求精度高，需要在高精密机床完成加工制造，以保证工件的质量。在刀轴的加工过程中必须严格按照图纸要求控制螺旋槽及各孔之间的形位公差尺寸，因此刀轴螺旋槽及各调整螺钉的孔都是在8×20米七轴五联动数控车铣加工中心中进行加工的。先将刀轴按轴向方向延机床X轴方向摆放，底部多处垫实，防止工件在加工过程中出现震颤现象，将工件左侧设为X轴零点，右侧位于X轴正向，按φ348js7外圆母线找正工件，各项找正误差都≤0.02mm，而且压工件时要打表控制，保证工件在压牢后各项找正误差不变。精加工中用到的所有刀具都需经过预调室精确预调，精度达到小数点后三位。先根据预调过刀具的长度、宽度及万向铣头的参数确定刀具补偿值，输入和空运行程序进行校验，根据显示器上所显示的信息进行判断、修改程序。其次在不装夹刀轴的情况下进行自动运行检验程序；主要检验坐标轴可连续进行的自动运行功能，运行中注意验证走刀路线、轨迹形状和方向。最后将机床零点设置到刀轴上，进行自动运行程序，检验程序和实体图象的准确性。经过上述检验和验证的数控程序方可投入使用。为降低刀轴在加工过程中因温度过高而产生的残余应力、提高加工精度、减少对刀具的磨损，精加工过程中会不间断的对工件浇注冷却液。
先用锥柄键槽铣刀通过五轴数控加工程序先铣出螺旋角β=2°25′的螺旋槽，然后根据已加工出的螺旋槽位置尺寸通过五轴加工程序试钻各孔位置来验证各孔位的准确性。从而保证了46-φ14H8孔的向心性、46-M12螺孔与横向中心线的平行性。
4. 检测方法
刀轴的螺旋槽的检测是借助一个专用检测工装来实现的。检测工装有：曲柄、两个不同大小的短量块（A、B）、长量块（C）、底座、表架及百分表。检测原理为正弦测量法，主要检测两刀轴螺旋角的线值，该线值是根据剪刃间隙公差确定的。其值为△L≤△/2=0.0115mm。
测量时，先确定一个位置X，在刀轴长度之内，表架紧靠底座的左端。这时曲柄应为水平位置（用一短量块A定位），百分表的测头顶在刀轴立面上，同时把表针调为“0”。然后将表架由X位置移动到Y位置，移动距离为1m（由长量块C控制），同时通过曲柄回转（用短量块B控制）使滚筒转过一个γ角，此时再把百分表顶在螺旋槽立面上，表针所指数值即为测量值，若该值小于或等于△/2，即合格，否则不合格。
5. 结语：采用以上方法加工的飞剪刀轴满足了图纸的技术要求。经检测两个刀轴的螺旋槽误差的限值都在图纸要求之内，经过实际生产验证，满足了双滚筒式飞剪机的使用要求。
参考文献：
[1]常汉青.主轴和箱体类零件的机械加工工艺分析.科技信息，2011，19.
[2]孙夫为等.机械加工及焊接工艺手册，1995.8.