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        數(shù)控機床螺紋加工工藝分析

        2021-11-08 10:59:50李雅昔
        電動工具 2021年5期

        李雅昔

        ( 商洛職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程學(xué)院,陜西 商洛 726000 )

        0 引言

        螺紋具有連接、緊固及調(diào)節(jié)功能,也可用以傳遞動力,廣泛應(yīng)用于各種機械結(jié)構(gòu)。在螺紋加工方法中,車削加工仍占據(jù)著較大比例。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,本文以車削加工高質(zhì)量螺紋為例,探討工藝實施中應(yīng)注意的問題。

        1 計算方法

        使用數(shù)控車床加工普通螺紋需確定的相關(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[1]。其計算方法如下:

        1)加工外螺紋前的光桿直徑

        車削外螺紋時,若工件為塑性材質(zhì),車削過程中受車刀的擠壓,致使螺紋直徑尺寸脹大。因此,光桿直徑應(yīng)略小于螺紋公稱直徑,通常?。汗鈼U直徑=螺紋公稱直徑-(0.1~0.13)P,其中P為螺紋螺距。

        2)加工內(nèi)螺紋前的底孔直徑

        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,致使底孔直徑縮小,因此,底孔直徑應(yīng)略大于螺紋內(nèi)徑,通常?。?/p>

        塑性材料:底孔直徑=公稱直徑-P

        脆性材料:底孔直徑=公稱直徑-(1.05~ 1.1)P

        3)螺紋切削起始位置

        為避免出現(xiàn)螺紋“亂扣”現(xiàn)象[2],在同一螺紋的切削過程中,螺紋切削起點Z坐標應(yīng)設(shè)為固定值,同時Z坐標的設(shè)定還應(yīng)考慮引入距離。螺紋切削起點X坐標應(yīng)大于螺紋公稱直徑。

        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坐標為同一坐標值。

        多線螺紋:FANUC系統(tǒng)一般采用軸向分線法,通過改變螺紋切削起點的Z坐標來實現(xiàn)。在加工第二條螺紋時,需將第一條螺紋切削起點的Z坐標向右偏移一個螺距,在加工第三條螺紋時,需將第二條螺紋切削起點的Z坐標向右偏移一個螺距,以此類推。

        華中系統(tǒng)則采用圓周分度分線法,即保持各條螺紋切削起點的Z坐標不變,改變螺紋切削起點在圓周的位置。雙線螺紋圓周方向每隔180 °加工一條螺紋線,三線螺紋圓周方向每隔120 °加工一條螺紋線,以此類推。

        4)螺紋切削最終進刀位置

        螺紋刀在X方向的最終進刀位置取決于螺紋內(nèi)徑,通常通過螺紋內(nèi)徑=螺紋外徑-1.3P來計算,也可通過螺紋分刀表來確定。

        5)引入引出距離

        由于伺服系統(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則出現(xiàn)“滯后”現(xiàn)象[3],導(dǎo)致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δ1,在螺紋切削終了位置應(yīng)考慮刀具的引出距離δ2。通常,取δ1=1.5P,δ2=P,也可按經(jīng)驗值:δ1為2 mm~5 mm,δ2為δ1的一半。具有退刀槽結(jié)構(gòu)的螺紋,δ2一般可取退刀槽寬度的一半。

        2 主軸轉(zhuǎn)速

        進行螺紋切削時,切削力較大,轉(zhuǎn)速不易過高,大多經(jīng)濟數(shù)控車床車削螺紋的主軸轉(zhuǎn)速依據(jù)n<1 200/P-K來確定[4],其中:K為保險系數(shù),一般取80。同時,為保證螺距精度,需保證主軸轉(zhuǎn)速恒定,故不可采用G96恒線速度指令。

        3 刀具安裝

        螺紋刀的刀尖應(yīng)與車床主軸軸線等高。若螺紋刀安裝過高,切削到一定深度時,刀具的后刀面頂住工件,摩擦力增大,可造成工件彎曲,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。

        螺紋刀刀尖角的對稱中心線應(yīng)與工件軸線垂直,確保螺紋牙型正確。安裝時,可借助對刀樣板進行校正。

        螺紋刀刀頭伸出長度不宜過長,一般為刀桿厚度的1.5倍左右,若刀頭伸出長度過長,加工過程中因刀桿的顫動或可導(dǎo)致螺紋表面粗糙度較差。

        4 進刀方式

        螺紋切削的進刀方式如圖1所示,分別為:直進法、斜進法和左右切削法[5]。以華中世紀星HNC-21T數(shù)控車削系統(tǒng)為例,提供的螺紋加工指令主要有G32、G82和G76。

        圖1 螺紋切削的進刀方式

        1)直進法

        螺紋刀沿X軸方向(橫向)間歇進給至牙深處。在切削過程中,由于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,車刀易磨損。當進刀量過大時,還可產(chǎn)生“扎刀”現(xiàn)象,甚至折斷刀具。因此,僅在刀具材料質(zhì)量較好且螺距較?。≒≤3)的情況下,采用直進法(G32或G82指令)進行加工。

        2)斜進法

        螺紋刀沿牙型角方向斜向間歇進給至牙深處。此時,螺紋刀始終只有一個側(cè)刃參與切削,排屑較為順利,但刀具受力不均,導(dǎo)致主軸轉(zhuǎn)速無法提高,工件易產(chǎn)生顫動,尤其在進行最后一次切削時吃刀量大,易產(chǎn)生毛刺。因此,斜進法適用于加工螺紋精度較低的工件,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,可用G76先行粗車,再用G32或G82完成精車,若粗精車螺紋切削起始位置不同,易產(chǎn)生“亂扣”現(xiàn)象。

        3)左右切削法

        螺紋分層切削過程中,當每層螺紋切削行程終了,下一層螺紋切削的螺紋刀不但要在X軸方向進給,還要沿Z軸方向的左右兩側(cè)微量“借刀”,這種進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 結(jié)語

        螺紋加工時,只有通過正確的尺寸計算、刀具安裝以及合理選取引入引出距離、確定適宜的主軸轉(zhuǎn)速,根據(jù)工件材質(zhì)、螺紋螺距與螺紋的精度要求等因素選擇進刀方式,才能確保螺紋的加工質(zhì)量。

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