陳震華

我國自上世紀80年代以來,電控技術的發(fā)展,交流變頻無級調(diào)速主軸電機使數(shù)控機床主傳動實現(xiàn)無級調(diào)速,解決了直流電機長期運轉(zhuǎn)產(chǎn)生整流火花和電刷磨損的難題。曾為主要動力源的直流調(diào)速電機,在多數(shù)數(shù)控機床主旋轉(zhuǎn)運動中逐漸被交流調(diào)速主軸電機取代。根據(jù)具體設計要求,一般選用的傳動方案: 一是選用內(nèi)裝式主軸電機(即電主軸) 所謂內(nèi)裝式主軸電機。二是選用輸出轉(zhuǎn)換型主軸電機,這種既能變頻調(diào)速,又能切換繞組(即變級)分檔變速,使電機本身的調(diào)速范圍和恒功率區(qū)調(diào)速范圍增大,以滿足機床主軸較大變速范圍的要求。

一、機床最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速

目前,人們在計算主軸轉(zhuǎn)速為437r/min以上高速恒功率區(qū)域研究較多,而對主軸轉(zhuǎn)速在437r/min以下,卻很少有撰文。而主軸的恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域轉(zhuǎn)矩作用較大,如采用普通高速鋼車刀,在這樣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),能在抑制刀具磨損、改善表面粗糙度、控制積屑瘤生成等方面滿足低速大轉(zhuǎn)矩的切削加工要求,而且產(chǎn)品質(zhì)量也極易控制。一般經(jīng)皮帶傳動的小型機床轉(zhuǎn)矩可達到245N·m,中型機床轉(zhuǎn)矩大于490N·m,大型機床達到785-1177N·m。當然,在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域內(nèi)功率隨轉(zhuǎn)速降低而減小,實際用的最低轉(zhuǎn)速取決于機床所要求的最小切削功率和電機的額定輸出功率。

然而,低速不一定就是低效。尤其是在加工大螺距梯形螺紋時,常常由于加工工藝方面的原因,很少進行梯形螺紋的加工,甚至有人提出在數(shù)控車床上不能加工梯形螺紋,顯然這種提法是錯誤的。只要用機夾刀進行合理的工藝分析,使用恰當?shù)募庸ぶ噶?完全可以在數(shù)控車床上加工出合格的梯形螺紋。但刀具采購比較困難(一般需要預訂),而且由于主軸轉(zhuǎn)速和螺紋導程都較大,使觀察判斷較困難,又因為刀具裝夾要求和刀柄特性要求很高(特別是內(nèi)梯形螺紋加工),極易產(chǎn)生振紋,或產(chǎn)生“扎刀”。如果能采用普通高速鋼刀具低速切削,制造難度可大為下降。而且由于梯形螺紋導程較大,車削時間影響不大,產(chǎn)品質(zhì)量極易得到控制和保證。

二、梯形螺紋加工的工藝分析

1.梯形螺紋的尺寸計算

梯形螺紋的代號一般用字母“Tr”及公稱直徑×螺距表示,單位均為mm。左旋螺紋需在尺寸規(guī)格之后加注“LH”,右旋則不用標注。例如Tr36×6,Tr44×8LH等。國標規(guī)定,公制梯形螺紋的牙型角為30°。

2.梯形螺紋在數(shù)控車床上的加工方法

(1)直進法。螺紋車刀X向間歇進給至牙深處(如圖1a)。采用此種方法加工梯形螺紋時,螺紋車刀的三面都參加切削,導致加工排屑困難,切削力和切削熱增加,刀尖磨損嚴重。當進刀量過大時,還可能產(chǎn)生“扎刀”和“爆刀”現(xiàn)象。這種方法數(shù)控車床可采用指令G92來實現(xiàn),但是很顯然,這種方法是不可取的。

(2)斜進法。螺紋車刀沿牙型角方向斜向間歇進給至牙深處(如圖1b)。采用此種方法加工梯形螺紋時,螺紋車刀始終只有一個側(cè)刃參加切削,從而使排屑比較順利,刀尖的受力和受熱情況有所改善,在車削中不易引起“扎刀”現(xiàn)象。該方法在數(shù)控車床上可采用G76指令來實現(xiàn)。

(3)交錯切削法。螺紋車刀沿牙型角方向交錯間隙進給至牙深(如圖1c)。該方法類同于斜進法,也可在數(shù)控車床上采用G76指令來實現(xiàn)。

(4)切槽刀粗切槽法。該方法先用切槽刀粗切出螺紋槽(如圖1d),再用梯形螺紋車刀加工螺紋兩側(cè)面。這種方法的編程與加工在數(shù)控車床上較難實現(xiàn)。

3.梯形螺紋的測量

梯形螺紋的測量分綜合測量、三針測量、和單針測量三種。綜合測量用螺紋規(guī)測量,中徑的三針測量與單針測量如圖2所示。

三、梯形螺紋編程實例

例:如圖3所示梯形螺紋,試用G76指令編寫加工程序。

計算梯形螺紋尺寸并查表確定其公差;

計算Z向刀具偏置值;在梯形螺紋的實際加工中,由于刀尖寬度并不等于槽底寬,因此通過一次G76循環(huán)切削無法正確控制螺紋中徑等各項尺寸。為此可采用刀具Z向偏置后再次進行G76循環(huán)加工來解決以上問題,為了提高加工效率,最好只進行一次偏置加工,因此必須精確計算Z向的偏置量。

在進行實際加工時,在一次循環(huán)結束后,用三針測量實測M值,計算出刀具Z向偏置量,然后在刀長補償或磨耗存貯器中設置Z向刀偏量,再次用G76循環(huán)加工就能一次性精確控制中徑等螺紋參數(shù)值。

通過實例我們可以得出以下結論,要想在數(shù)控機床上采用普通高速鋼刀具低速切削加工出質(zhì)量易得到保證的梯形螺紋,關鍵是做好如下幾點:

第一,采用高速鋼刀具低速切削加工導程較大的梯形螺紋,車削時間影響不大,產(chǎn)品質(zhì)量極易控制, 但必須刃磨正確的刀具幾何角度。

第二,合理選擇梯形螺紋的加工指令,通常選G76指令。

第三,準確設定G76指令的參數(shù)值,這些值通常通過對梯形螺紋的分析計算獲得。

第四,根據(jù)初步測量得出的中徑值,精確計算出Z向刀具偏置值,從而準確控制梯形螺紋的中徑值。

第五,內(nèi)梯形螺紋采用自制45#鋼刀柄刀具,更不易引起“扎刀”。

(作者單位:浙江省杭州市輕工技工學校)