引言
螺紋不但具有連接、緊固及調(diào)節(jié)功能,還可以用來傳遞動力,因此廣泛應(yīng)用于各種機械結(jié)構(gòu)。雖然加工螺紋的方法很多,但車削加工仍占據(jù)很大的比例。與普通車床相比,使用數(shù)控車床加工螺紋,其加工精度、生產(chǎn)效率更高,但要車削加工出高質(zhì)量的螺紋,還應(yīng)注意以下幾個問題。
1相關(guān)尺寸的計算方法
使用數(shù)控車床加工普通螺紋時,需確定的相關(guān)尺寸有加工外螺紋前的光桿尺寸、加工內(nèi)螺紋前的底孔尺寸等,其計算方法如下:
1.1加工外螺紋前的光桿直徑的計算方法
在車削外螺紋時,若工件材質(zhì)為塑性材料,在螺紋車削過程中受到車刀的擠壓,會導(dǎo)致螺紋的大徑尺寸脹大,因此在車削外螺紋前的光桿直徑應(yīng)比螺紋的公稱直徑略小,一般取:光桿直徑=螺紋公稱直徑-(0.1～0.13）P,其中P為螺紋螺距。
1.2加工內(nèi)螺紋前的底孔直徑的計算方法
在車削內(nèi)螺紋時,同樣由于底孔在車削過程中受到車刀的擠壓,會導(dǎo)致底孔直徑縮小,因此在車削內(nèi)螺紋前的底孔直徑應(yīng)比螺紋小徑略大,一般取:
(1）工件為塑性材料時:底孔直徑=公稱直徑-P;
(2）工件為脆性材料時:底孔直徑=公稱直徑-(1.05～1.1）P。1.3螺紋切削起始位置的確定方法
為避免出現(xiàn)螺紋"亂扣"現(xiàn)象,在同一螺紋的切削過程中,螺紋切削起點的Z坐標(biāo)應(yīng)設(shè)定為固定值,同時Z坐標(biāo)的設(shè)定還應(yīng)考慮到引入距離。螺紋切削起點的X坐標(biāo)應(yīng)大于螺紋的公稱直徑。
(1）單線螺紋。螺紋切削一般為分層切削,為確保刀具每次分層切削時能切削到同一條螺紋上,需保證每次螺紋切削起點的Z坐標(biāo)為同一坐標(biāo)值。
(2）多線螺紋。華中系統(tǒng)采用圓周分度分線法,即保持各條螺紋切削起點的Z坐標(biāo)不變,而改變螺紋切削起點在圓周的位置。雙線螺紋圓周方向每隔180o加工一條螺紋線,三線螺紋圓周方向每隔120o加工一條螺紋線,以此類推。
1.4螺紋切削最終進(jìn)刀位置的確定方法
螺紋刀在X方向的最終進(jìn)刀位置取決于螺紋小徑,一般通過螺紋小徑=螺紋大徑-1.3P來計算,也可通過螺紋分刀表來確定。
1.5引入/引出距離
伺服系統(tǒng)具有滯后性,在加工螺紋時,螺紋切削起始位置會出現(xiàn)"超前"現(xiàn)象,而螺紋切削終了位置會出現(xiàn)"滯后"[3]現(xiàn)象,導(dǎo)致所加工螺紋兩端的螺距與加工要求不符,因此在螺紋切削起始位置應(yīng)考慮刀具的引入距離81,在螺紋切削終了位置應(yīng)考慮刀具的引出距離82。一般取81=1.5P,82=P;也可取經(jīng)驗值:81為2～5mm,82為81的一半。對具有退刀槽結(jié)構(gòu)的螺紋,82一般可取退刀槽寬度的一半。
2主軸轉(zhuǎn)速
在進(jìn)行螺紋切削時,由于切削力較大,故車削螺紋時的轉(zhuǎn)速不宜過高,大多數(shù)經(jīng)濟(jì)數(shù)控車床車削螺紋的主軸轉(zhuǎn)速[4]可依據(jù)n<1200/P-K來確定,其中K為保險系數(shù),一般取80。同時,為保證螺距的精度,需保證主軸轉(zhuǎn)速恒定,故不能采用G96恒線速度指令。
3螺紋刀的安裝要求
(1）螺紋刀的刀尖需與車床主軸軸線等高。若螺紋刀安裝過高,當(dāng)切削到一定深度時,刀具的后刀面會頂住工件,導(dǎo)致摩擦力增大,造成工件彎曲,甚至出現(xiàn)"扎刀"現(xiàn)象;若螺紋刀安裝過低,則不利于切屑的排出。
(2）螺紋刀刀尖角的對稱中心線必須與工件軸線垂直,否則將會導(dǎo)致螺紋牙型不正確。在安裝螺紋刀時,可借助對刀樣板來校正。
(3）螺紋刀的刀頭伸出長度不能過長,一般約為刀桿厚度的1.5倍。若刀頭伸出長度過長,則在加工過程中刀桿的顫動會導(dǎo)致螺紋表面粗糙度較差。
4螺紋切削的進(jìn)刀方式
數(shù)控車床加工螺紋時,刀具有3種進(jìn)刀方式[5]:直進(jìn)法、斜進(jìn)法和左右切削法(圖1）。
4.1直進(jìn)法
采用直進(jìn)法加工普通螺紋時,螺紋刀沿X軸方向(橫向)間歇進(jìn)給至牙深處。在切削過程中,螺紋刀的兩個切削刃始終參與切削,導(dǎo)致切削力較大,排屑困難,散熱條件差,車刀容易磨損。當(dāng)進(jìn)刀量過大時,還可能產(chǎn)生"扎刀"現(xiàn)象,甚至折斷刀具。因此,只有在刀具材料質(zhì)量較好且螺距較小(一般為螺距P≤3mm）的情況下,才能采用直進(jìn)法(G32或G82指令）進(jìn)行加工。
4.2斜進(jìn)法
采用斜進(jìn)法加工普通螺紋時,螺紋刀沿牙型角方向斜向間歇進(jìn)給至牙深處。此時,因螺紋刀始終只有一個側(cè)刃參與切削,排屑比較順利,但刀具受力不平衡,導(dǎo)致主軸轉(zhuǎn)速不能提高,工件易發(fā)生顫動,尤其是在進(jìn)行最后一次切削時,吃刀量較大,易產(chǎn)生毛刺。因此,斜進(jìn)法適用于加工螺紋精度要求不高的工件,若加工的螺紋精度要求較高,在確保粗精車螺紋切削起始位置一致的條件下,可先采用G76進(jìn)行粗車,再采用G32或G82完成精車,若粗精車螺紋切削起始位置不一致,則容易產(chǎn)生"亂扣"現(xiàn)象。
4.3左右切削法
采用左右切削法加工普通螺紋時,在螺紋分層切削過程中,當(dāng)每層螺紋切削行程終了后,下一層螺紋切削時螺紋刀不但要在x軸方向進(jìn)給,還要沿Z軸方向朝左右兩側(cè)做微量"借刀",這種進(jìn)刀方式可提高牙型兩側(cè)的表面質(zhì)量,由于數(shù)值計算量較大,常借助宏程序完成。
5華中世紀(jì)星(HNC-21T)系統(tǒng)常用的3種螺紋加工指令
華中世紀(jì)星(HNC-21T）系統(tǒng)在進(jìn)行螺紋加工時,常用以下3種方法:單行程螺紋切削指令G32、螺紋切削單一固定循環(huán)指令G82與螺紋切削復(fù)合循環(huán)指令G76。
5.1單行程螺紋切削指令G32
指令格式:G32x(U）Z(w）REPF。
指令字說明:x、Z為螺紋有效終點的絕對坐標(biāo):U、w為螺紋有效終點相對于螺紋切削起點的增量坐標(biāo):R為螺紋切削在Z軸方向的退尾量:E為螺紋切削在x軸方向的退尾量:P為主軸基準(zhǔn)脈沖距離螺紋切削起點的主軸轉(zhuǎn)角:F為螺紋導(dǎo)程。
G32指令可以用來加工圓錐螺紋、圓柱螺紋與端面螺紋,既可加工外螺紋,又可加工內(nèi)螺紋。使用G32指令,在分層加工切削螺紋時,每層切削均需由x軸方向進(jìn)刀(G00）、Z軸方向螺紋切削(G32）、x軸方向退刀(G00）與Z軸方向退刀(G00）4個程序段組成,因此使用G32指令編寫的程序段較多。
5.2螺紋切削單一固定循環(huán)指令G82
指令格式:G82x(U）Z(w）IRECPF。
指令字說明:x(U）、Z(w）、R、E、F與G32指令中x(U）、Z(w）、R、E、F的含義相同:I為螺紋起點與螺紋終點的半徑差:C為螺紋頭數(shù),單頭(線）螺紋取0或1:P:單頭螺紋切削時,為主軸基準(zhǔn)脈沖處距離螺紋切削起點的主軸轉(zhuǎn)角(缺省值為0）,多頭螺紋切削時,為相鄰螺紋頭的切削起始點之間對應(yīng)的主軸轉(zhuǎn)角。
由于G82指令為固定循環(huán)指令,在分層加工切削螺紋時,每層切削僅需調(diào)用一次G82,即可包含使用G32指令時的4個程序段,因此可以簡化編程。
5.3螺紋切削復(fù)合循環(huán)指令G76
指令格式:G76C(c）R(r）E(e）A(α）x(x）Z(z）I(i）K(k）U(d）V(Admin）O(Ad）P(p）F(l）。
指令字說明:x、z、i、F與G82指令中x、Z、I、F的含義相同:c為精加工次數(shù):r為螺紋Z軸方向退尾量:e為螺紋x軸方向退尾量:α為刀尖角度,根據(jù)螺紋牙型一般在80o、60o、55o、30o、29o和0o六個角度中選取:k為螺紋高度(半徑量）:Admin為最小切削深度(半徑量）:Ad為第一次切削深度(半徑量）:P為主軸基準(zhǔn)脈沖處距離螺紋切削起始點的主軸轉(zhuǎn)角。
當(dāng)加工導(dǎo)程較大的螺紋時,需要的切削循環(huán)次數(shù)更多,采用G32或G82編程將會變得非常煩瑣,而使用G76指令,僅需一條指令即可完成螺紋的分層切削。
6結(jié)語
在加工螺紋時,只有通過正確的尺寸計算、合理選擇車刀并正確安裝、合理選取引入/引出距離、確定合理的主軸轉(zhuǎn)速,并根據(jù)工件材質(zhì)、螺紋螺距與螺紋的精度要求等選擇合理的進(jìn)刀方式,才能確保螺紋的加工質(zhì)量。
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