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        運(yùn)用G82的P指令字加工梯形螺紋

        2013-11-26 03:11:56趙軍強(qiáng)
        機(jī)械制造 2013年5期

        □ 趙軍強(qiáng)

        浙江科技工程學(xué)校 浙江嘉興 314000

        梯形螺紋一般作傳動(dòng)用,用以準(zhǔn)確傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力,精度要求比較高,其應(yīng)用比較廣泛,例如普通車床上的絲杠和中、小滑板的絲桿等。梯形螺紋不僅可以在普通車床上加工,也可以在數(shù)控車床上加工,并且在數(shù)控車床上應(yīng)用G32、G82、G76和宏程序等指令能高效、高精度地加工出梯形螺紋,但也存在參數(shù)較多、計(jì)算復(fù)雜、程序較長(zhǎng)、容易出錯(cuò)等不足之處,因此在工作中嘗試運(yùn)用華中世紀(jì)星系統(tǒng)G82指令的主軸轉(zhuǎn)角指令字P在數(shù)控車床上用左右分層切削法加工梯形螺紋。

        1 車削梯形螺紋的左右分層切削法

        1.1 梯形螺紋的加工方法

        梯形螺紋的加工方法有很多種,如直進(jìn)法、斜進(jìn)法、左右切削法、車直槽法等。梯形螺紋與三角螺紋相比,其螺距和牙型都大,而且精度高,牙型兩側(cè)面表面粗糙度值較小,因此梯形螺紋車削時(shí)具有吃刀深、走刀快、切削余量大、切削抗力大等特性。一般數(shù)控車床車削螺紋常用的方法是直進(jìn)法、左右切削法和斜進(jìn)法3種,直進(jìn)法適用于車削螺距比較小的三角形螺紋;斜進(jìn)法適用于車削螺距比較大的三角形螺紋或螺距比較小的梯形螺紋;左右切削法適用于車削螺距比較大的梯形螺紋。

        1.2 左右分層切削法

        在用左右切削法加工梯形螺紋時(shí),為降低對(duì)數(shù)控車床剛性的要求和梯形螺紋的車削加工難度,避免“扎刀”和“爆刀”現(xiàn)象,保證螺紋精度要求,對(duì)螺距較大的梯形螺紋的車削加工往往采用左右分層切削法,也就是把梯形槽分成若干層,每層深度根據(jù)螺紋的尺寸大小和工步來(lái)確定,而每一層的切削都采用左右交替車削的方法,如圖1所示。

        ▲圖1 左右分層切削法

        2 直螺紋車削循環(huán)G82指令簡(jiǎn)介

        2.1 直螺紋切削循環(huán)指令格式

        G82 X(U)Z(W) R E CP F ;

        2.2 指令說(shuō)明

        如圖2所示,各字母代表意義如下。

        X、Z: 絕對(duì)值編程時(shí),為螺紋終點(diǎn)C點(diǎn)在工件坐標(biāo)系下的坐標(biāo);增量值編程時(shí),為螺紋終點(diǎn)C相對(duì)于循環(huán)起點(diǎn)A的有向距離,圖中用u、w表示,其符號(hào)由軌跡1和2的方向確定。

        R、E:螺紋切削的退尾量,R、E均為向量,R為Z向回退量,E為X向回退量,R、E可以省略,表示不用回退功能。

        C:螺紋頭數(shù),為0或1時(shí)切削單頭螺紋。

        P:?jiǎn)晤^螺紋切削時(shí),為主軸基準(zhǔn)脈沖處距離切削起始點(diǎn)的主軸轉(zhuǎn)角(缺省值為0);多頭螺紋切削時(shí),為相鄰螺紋頭的切削起始點(diǎn)之間對(duì)應(yīng)的主軸轉(zhuǎn)角。

        F:螺紋導(dǎo)程。

        ▲圖2 直螺紋切削循環(huán)

        3 左右分層切削法

        3.1 梯形螺紋刀刀頭寬度的確定

        在采用左右分層切削法車削螺距較大的梯形螺紋時(shí),為保證螺紋精度要求,避免車削過(guò)程中梯形螺紋刀3個(gè)刀刃同時(shí)切削,產(chǎn)生“扎刀”和“爆刀”現(xiàn)象,梯形螺紋刀刀頭寬度要小于螺紋牙底槽寬。參考普通車床梯形螺紋刀的粗車刀刀頭寬度為1/3螺距寬,精車刀的刀頭寬度應(yīng)等于牙槽底寬減0.05 mm的刀頭寬度要求,結(jié)合左右分層切削法和刀具強(qiáng)度等因素,確定數(shù)控車床梯形螺紋刀刀頭寬度約為2/3牙槽底寬。

        3.2 梯形螺紋刀在梯形槽中軸向可移動(dòng)量a的計(jì)算

        首先通過(guò)對(duì)梯形螺紋車刀刀頭寬度的測(cè)量,獲得刀頭寬度的實(shí)際值L,其次根據(jù)梯形螺紋尺寸公式計(jì)算,獲得梯形螺紋的槽底寬度值w,再通過(guò)計(jì)算式:

        計(jì)算得到刀頭寬和槽底寬之差值,即梯形螺紋刀在梯形槽中軸向可移動(dòng)量a。

        3.3 梯形螺紋刀在梯形槽中徑向移動(dòng)量b的計(jì)算

        由于梯形螺紋刀刀頭寬度小于螺紋梯形槽底寬度,使梯形螺紋刀在梯形槽中有一定的軸向移動(dòng)量。假定車刀不作軸向移動(dòng),主軸(工件)相對(duì)刀具轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度,使梯形螺紋刀相對(duì)梯形槽位置從1位置運(yùn)動(dòng)到2位置,則刀具在梯形槽中徑向就y有一個(gè)移動(dòng)量,相當(dāng)于梯形螺紋刀從梯形槽中的左極限位置移動(dòng)到右極限位置,如圖3所示,圖中以大徑處刀具切削刃上一點(diǎn)為例,圖中:1為刀具初始位置,2為主軸轉(zhuǎn)動(dòng)后刀具位置,a為車刀軸向可移動(dòng)量,b為車刀該點(diǎn)徑向可移動(dòng)量,β為螺紋大徑的螺旋升角。對(duì)圖3分析可知,刀具切削刃上的點(diǎn)在梯形槽中徑向移動(dòng)量b、軸向移動(dòng)量a和該點(diǎn)處的螺紋螺旋升角β之間構(gòu)成一個(gè)直角三角形,根據(jù)勾股定理,可以通過(guò)計(jì)算式:b=a/tanβ (2)分別求得梯形螺紋刀切削刃上某點(diǎn)的徑向移動(dòng)量。

        ▲圖3 梯形螺紋車刀在梯形槽中的位置

        3.4 主軸轉(zhuǎn)角α的計(jì)算

        主軸(工件)就轉(zhuǎn)過(guò)的角度α對(duì)應(yīng)的刀具在梯形槽中有徑向移動(dòng)量b,如圖4所示。根據(jù)圓的弦長(zhǎng)計(jì)算公式,列出主軸轉(zhuǎn)角計(jì)算式:

        式中:α為圓心角 (主軸轉(zhuǎn)角);b為梯形螺紋刀在梯形槽小徑向移動(dòng)量;r為梯形螺紋小徑的半徑值。

        根據(jù)上述分析,已知梯形螺紋刀在梯形槽中軸向可移動(dòng)量a、螺紋小徑值d3和及其對(duì)應(yīng)的螺旋升角β,代入式(3)得:

        ▲圖4 主軸轉(zhuǎn)角α的計(jì)算

        即可求得刀頭寬度為a的梯形螺紋刀在加工時(shí)主軸轉(zhuǎn)角的度數(shù)α。此外,用大徑值或中徑值及其對(duì)應(yīng)的螺旋升角β代入計(jì)算式,也能求得主軸轉(zhuǎn)角α。

        3.5 左右分層切削法加工梯形螺紋中主軸轉(zhuǎn)角指令字P的應(yīng)用

        在應(yīng)用左右分層切削法加工梯形螺紋中,在每一層切削中先用0°轉(zhuǎn)角編程車削一刀(加工梯形槽的左側(cè)),再用主軸轉(zhuǎn)角值α編程車削一刀(加工梯形槽的右側(cè)),也可以根據(jù)螺紋的尺寸大小和需要在兩刀之間用主軸轉(zhuǎn)角的一半值編程車削一刀 (加工梯形槽的中間)。此外如考慮梯形螺紋的精加工,可以考慮主軸轉(zhuǎn)角在左右分層切削時(shí)角度對(duì)稱分布,兩側(cè)留精加工所需的轉(zhuǎn)角度數(shù)。

        ▲圖5 梯形螺紋

        4 加工梯形螺紋編程實(shí)例

        如圖5所示梯形螺紋,用一把螺紋刀粗、精加工,零件材料為鋁,運(yùn)用G82指令編程。

        4.1 梯形螺紋部分尺寸計(jì)算及其公差的確定

        大徑:d=360-0.375mm;

        中徑:d2=d-0.5p=36-3=33 mm,查表確定公差,得d2=33-0.118-0.453mm;

        牙高:h2=0.5p+ac=3.5 mm;

        小徑:d3=d-2h3=29 mm,查表確定公差mm;

        牙底寬:w=0.366p-0.536ac=2.196-0.268=1.928 mm。

        其中:p為螺距,ac為牙頂間隙。

        4.2 計(jì)算主軸轉(zhuǎn)角

        根據(jù)梯形螺紋螺距和牙底寬尺寸刃磨或選擇梯形螺紋刀,實(shí)測(cè)梯形螺紋刀刀頭寬度L為1.428 mm。

        梯形螺紋刀在梯形槽中軸向可移動(dòng)量為a=w-L=1.928-1.428=0.5 mm;螺紋中徑的螺旋升角為β=arctan(p/πd2)=arctan(6/103.62)=3.314°;主軸轉(zhuǎn)角計(jì)算式為30.338 °。

        4.3 編寫梯形螺紋加工程序

        O0001

        %0001

        G95M43

        M03S300

        T0101

        G00X35Z6

        G82X33Z-42P2F6 //第一層左側(cè)粗加工,留2°精加工

        G82X33Z-42P28.338F6 //第一層右側(cè)粗加工,留2°精加工

        G82X31.5Z-42P2F6 //第二層左側(cè)粗加工,留2°精加工

        G82X31.5Z-42P28.338F6//第二層右側(cè)粗加工,留2°精加工

        G82X30Z-42P2F6 //第三層左側(cè)粗加工,留2°精加工

        G82X30Z-42P28.338F6 //第三層右側(cè)粗加工,留2°精加工

        G82X29.5Z-42P2F6 //第四層左側(cè)粗加工,留2°精加工

        G82X29.5Z-42P28.338F6 //第四層右側(cè)粗加工,留2°精加工

        G82X29Z-42P2F6 //第五層左側(cè)粗加工,留2°精加工

        G82X29Z-42P28.338F6 //第五層左側(cè)粗加工,留2°精加工

        G82X29Z-42P0.5F6 //左側(cè)精加工,留 0.5°修整

        G82X29Z-42P29.838F6 //右側(cè)精加工,留 0.5°修整

        G82X29Z-42F6 //修整左側(cè)

        G82X29Z-42P30.338F6 //修整右側(cè)

        G00X100Z100

        M30

        5 結(jié)束語(yǔ)

        運(yùn)用華中世紀(jì)星系統(tǒng)中G82指令的主軸轉(zhuǎn)角指令字P加工梯形螺紋的思路是將刀具相對(duì)主軸的軸向移動(dòng)轉(zhuǎn)化為主軸相對(duì)刀具的轉(zhuǎn)動(dòng),充分發(fā)揮系統(tǒng)指令功能,為梯形螺紋的編程加工提供一種新方法。在實(shí)際生產(chǎn)加工中,根據(jù)零件和刀具的情況,合理確定左右切削分層法的分層數(shù)、刀頭刀寬值和粗精加工主軸轉(zhuǎn)角值的分配,與其它梯形螺紋加工方法配合使用,可以更有效提高生產(chǎn)效率和零件精度。

        [1] 華中數(shù)控.世紀(jì)星車削數(shù)控裝置編程說(shuō)明書(shū)[Z].

        [2] 耿國(guó)卿.數(shù)控車床上梯形螺紋的宏程序編程與加工[J].機(jī)械工程師, 2011(4).

        [3] 楚建華.淺談梯形螺紋加工的三個(gè)重要環(huán)節(jié)[J].科技向?qū)?2012(5).

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