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        數(shù)控車(chē)床螺紋加工編程工藝分析

        2018-01-30 08:06:08陳正林
        卷宗 2018年35期
        關(guān)鍵詞:誤差分析螺紋工藝

        陳正林

        摘 要:這里分析了軸類(lèi)零件中螺紋加工工藝方案的制訂,采用日本OSP OKUMA-L270系統(tǒng)的數(shù)控車(chē)床運(yùn)用不同指令進(jìn)行螺紋加工的誤差分析。

        關(guān)鍵詞:螺紋;工藝;誤差分析

        常用螺紋的牙型有三角形、梯形、矩形等。螺紋的加工方法多種多樣,大規(guī)模生產(chǎn)直徑較小的三角螺紋,常采用滾絲、搓絲或軋絲的方法,對(duì)數(shù)量較少或批量不大的螺紋常采用車(chē)削的方法。隨著數(shù)控技術(shù)的逐漸普及,軸類(lèi)零件越來(lái)越多的采用數(shù)控車(chē)床加工。這里以日本OSP OKUMA-L270系統(tǒng)為例,介紹在數(shù)控車(chē)床上加工螺紋時(shí),其工藝方案的制訂及數(shù)控加工程序的不同所造成的誤差分析。

        1 加工工藝分析

        在數(shù)控車(chē)床上加工螺紋,首先要制訂合理的工藝方案,然后才能進(jìn)行編程和加工。工藝方案的好壞不僅會(huì)影響數(shù)控車(chē)床效率的發(fā)揮,而且將直接影響到螺紋的加工質(zhì)量。

        1.1 走刀路線的確定

        在數(shù)控車(chē)床上車(chē)螺紋時(shí),沿螺距方向的,向進(jìn)給應(yīng)和車(chē)床主軸的旋轉(zhuǎn)保持嚴(yán)格的速比關(guān)系,考慮到刀具從停止?fàn)顟B(tài)到達(dá)指定的進(jìn)給速度或從指定的進(jìn)給速度降為零,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)必有一個(gè)過(guò)渡過(guò)程,因此沿軸向進(jìn)給的加工路線長(zhǎng)度,除保證螺紋長(zhǎng)度外,還應(yīng)增加刀具引入距離δ1和超越距離δ2(見(jiàn)圖1),δ1和δ2的數(shù)值與車(chē)床拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性、螺紋的螺距和精度有關(guān)。一般δ1為2-5mm,對(duì)大螺距和高精度的螺紋取大值;δ2一般為退刀槽寬度的一半左右,取1-3mm左右。若螺紋收尾處沒(méi)有退刀槽時(shí),收尾處的形狀與數(shù)控系統(tǒng)有關(guān),一般按45°退刀收尾。

        1.2 螺紋車(chē)刀的選用

        螺紋車(chē)刀屬于成形刀具,要保證螺紋牙型的精度,必須正確刃磨和安裝車(chē)刀。對(duì)螺紋車(chē)刀的要求主要有以下幾點(diǎn):

        1)車(chē)刀的刀尖角一定要等于螺紋的牙型角;

        2)精車(chē)時(shí)車(chē)刀的縱向前角應(yīng)等于0°;粗車(chē)時(shí)允許有5°-15°的縱向前角;

        3)因受螺紋升角的影響,車(chē)刀兩側(cè)的靜止后角應(yīng)不相等,進(jìn)給方向后面的后角較大,一般應(yīng)保證兩側(cè)面均有3°-5°的工作后角;

        4)車(chē)刀兩側(cè)刃的直線性要好。制造螺紋車(chē)刀的材料有高速鋼和硬質(zhì)合金兩種。高速鋼螺紋車(chē)刀刃磨方便、切削刃鋒利、韌性好,能承受較大的切削沖擊力,加工的螺紋表面粗糙度小。但它的耐熱性差,不宜高速車(chē)削。硬質(zhì)合金螺紋車(chē)刀的硬度高、耐磨性好、耐高溫,但抗沖擊能力差。數(shù)控車(chē)床一般選用硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車(chē)刀。

        1.3 三角螺紋的車(chē)削方法

        車(chē)螺紋的進(jìn)刀方式有直進(jìn)式和斜進(jìn)式,直進(jìn)式車(chē)螺紋容易保證牙型的正確性,但車(chē)削時(shí),車(chē)刀刀尖和兩側(cè)切削刃同時(shí)進(jìn)行切削,切削力較大,容易產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象,因此只適用于車(chē)削較小螺距的螺紋。用斜進(jìn)法車(chē)削螺紋,刀具是單側(cè)刃加工,排屑順利,不易扎刀。當(dāng)螺距P<3mm時(shí),一般采用直進(jìn)法;螺距P≧3mm時(shí),一般采用斜進(jìn)法。

        1.4 切削用量的選擇

        1.4.1 主軸轉(zhuǎn)速的確定

        在車(chē)削螺紋時(shí),車(chē)床的主軸轉(zhuǎn)速將受到螺紋的螺距(或?qū)С蹋┐笮?、?qū)動(dòng)電機(jī)的升降頻特性及螺紋插補(bǔ)運(yùn)算速度等多種因素影響,故對(duì)于不同的數(shù)控系統(tǒng),推薦有不同的主軸轉(zhuǎn)速選擇范圍。如大多數(shù)經(jīng)濟(jì)型車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)推薦車(chē)螺紋時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速如下:n≤1200/P-K式中:P是螺紋的螺距(mm);K是保險(xiǎn)系數(shù),一般取為80。

        1.4.2 走刀次數(shù)和背吃刀量的確定

        螺紋加工中的走刀次數(shù)和背吃刀量會(huì)直接影響螺紋的加工質(zhì)量,車(chē)削螺紋時(shí)的走刀次數(shù)和背吃刀量可參考表1。

        表1 普通螺紋走刀次數(shù)和背吃刀量的參考表

        2 編程示例

        不同的數(shù)控系統(tǒng),車(chē)螺紋的編程指令有所不同。對(duì)于日本-OSP OKUMA-L270的系統(tǒng)來(lái)說(shuō),有三種指令可用于等螺距直螺紋、錐螺紋的車(chē)削。加工圖1所示零件M30X2的普通外螺紋,主軸轉(zhuǎn)速n1200/P-K=(1200/2-80)=520r/min.根據(jù)零件材料、刀具等因素可以取n=400r/min。螺紋的螺距為2,根據(jù)表1可知其牙深為1.3,安排5次走刀,每次的背吃刀量分別為0.9、0.6、0.6、0.4、0.1,車(chē)螺紋時(shí)設(shè)定升速段δ1取值5mm,降速段δ2取值2mm。

        2.1 采用G32指令進(jìn)行車(chē)螺紋

        T0101 M03 S400;(T0101為螺紋車(chē)刀,主軸正轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速為400 r/min)

        G00 X29.1 Z5;

        G34 Z-42.F2.0;(第一次車(chē)螺紋,背吃刀量為0.9mm)

        G00 X32;

        Z5;

        X28.5;

        G34 Z-42.F2.0;(第二次車(chē)螺紋,背吃刀量為0.6mm)

        G00 X32;

        Z5;

        X27.9;

        G34 Z-42.F2.0;(第三次車(chē)螺紋,背吃刀量為0.6mm)

        G00 X32;

        Z5;

        X27.5;

        G34 Z-42.F2.0;(第四次車(chē)螺紋,背吃刀量為0.4mm)

        G00 X32;

        Z5;

        X27.4;

        G34 Z-42.F2.0;(最后一次車(chē)螺紋,背吃刀量為0.1mm)

        G00 X32;

        X100 Z100;

        M05;

        M30;

        2.2 采用G33指令進(jìn)行車(chē)螺紋

        T0101 M03 S400;(T0101為螺紋車(chē)刀,主軸正轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速為400 r/min)

        G00 X32 Z5;(刀具定位到循環(huán)起點(diǎn))

        G33 X29.1 Z-42 F2.0;(第一次車(chē)螺紋)

        X28.5;(第二次車(chē)螺紋)

        X27.9;(第三次車(chē)螺紋)

        X27.5;(第四次車(chē)螺紋)

        X27.4;(最后一次車(chē)螺紋)

        G00 X100 Z100;(刀具回?fù)Q刀點(diǎn))

        M05;

        M30;

        2.3 采用G71指令進(jìn)行車(chē)螺紋

        T0101 M03 S400;(T0101為螺紋車(chē)刀,主軸正轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速為400 r/min)

        G00 X32 Z5;(刀具定位到循環(huán)起點(diǎn))

        G71 X27.4 Z-42 B60 D0.9 U0.1 H2.6 F2.0;(螺紋角度為60度,第一次車(chē)削深度為0.9mm,最后一刀為:0.1mm,螺紋高度為:螺距╳1.3mm,螺距為2mm)

        G00 X100 Z100;(刀具回?fù)Q刀點(diǎn))

        M05;

        M30;

        通過(guò)對(duì)同一螺紋三種不同的編程方法進(jìn)行分析,可以知道采用G34編程,程序段長(zhǎng),一般很少采用此種方法;采用G33編程,條理很清晰并且走刀路線直觀,程序段也不是太長(zhǎng);采用G71編程最為方便,程序段最少,但是參數(shù)計(jì)算比較復(fù)雜。在實(shí)際加工中,G33編程和G71編程的區(qū)別,主要看工件要求的精度來(lái)確定。

        3 加工誤差分析及使用

        3.1 G33直進(jìn)式切削方法

        由于兩側(cè)刃同時(shí)工作,切削力較大,而且排削困難,因此在切削時(shí),兩切削刃容易磨損。在切削螺距較大的螺紋時(shí),由于切削深度較大,刀刃磨損較快,從而造成螺紋中徑產(chǎn)生誤差;但是其加工的牙形精度較高,因此一般多用于小螺距螺紋加工。由于其刀具移動(dòng)切削均靠編程來(lái)完成,所以加工程序較長(zhǎng);由于刀刃容易磨損,因此加工中要做到勤測(cè)量。

        3.2 G71斜進(jìn)式切削方法

        由于為單側(cè)刃加工,加工刀刃容易損傷和磨損,使加工的螺紋面不直,刀尖角發(fā)生變化,而造成牙形精度較差。但由于其為單側(cè)刃工作,刀具負(fù)載較小,排屑容易,并且切削深度為遞減式。因此,此加工方法一般適用于大螺距螺紋加工。由于此加工方法排屑容易,刀刃加工工況較好,在螺紋精度要求不高的情況下,此加工方法更為方便。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        在加工合格且精度要求較高螺紋時(shí),要在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn),避免出現(xiàn)故障。特別在應(yīng)用數(shù)控車(chē)床加工精度要求較高的螺紋時(shí),可采用兩刀加工完成,即先用G71加工方法進(jìn)行粗車(chē),然后用G33加工方法進(jìn)行精車(chē),可以達(dá)到比較好的效果。但要注意刀具起始點(diǎn)要準(zhǔn)確,不然容易出現(xiàn)亂扣,造成零件報(bào)廢。

        參考文獻(xiàn)

        [1]《數(shù)控車(chē)工工藝學(xué)》

        [2]全國(guó)數(shù)控培訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)天津分中心.數(shù)控原理[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

        [3]豐飛.數(shù)控車(chē)床加工[M].大連理工大學(xué)出版社,2013.

        [4]《刀具書(shū)》 三特維克刀具廠編制

        [5]宋小春,張木青主編.數(shù)控車(chē)床編程與操作[M].

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