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谈数控机床螺纹加工工艺

2021/11/04 阅读:

摘要:随着数控技术的快速发展,螺纹加工作为数控车床的主要功能之一,在生产加工中也得到广泛应用。不同数控系统中提供的螺纹加工指令在程序编写、加工效率、加工精度等方面具有各自的特点,针对不同的加工要求,需进行合理的选择。以华中(HNC-21T)系统为例,从尺寸确定、主轴转速、刀具装夹、进刀方式等方面对数控车削螺纹的方法进行分析。

关键词:数控机床;螺纹;机加工;参数;工艺;制造;

0引言

螺纹具有连接、紧固及调节功能,也可用以传递动力,广泛应用于各种机械结构。在螺纹加工方法中,车削加工仍占据着较大比例。与普通车床相比,使用数控车床加工螺纹,其加工精度、生产效率更高,本文以车削加工高质量螺纹为例,探讨工艺实施中应注意的问题。

1计算方法

使用数控车床加工普通螺纹需确定的相关尺寸有:加工外螺纹前的光杆尺寸、加工内螺纹前的底孔尺寸等[1]。其计算方法如下:

1)加工外螺纹前的光杆直径

车削外螺纹时,若工件为塑性材质,车削过程中受车刀的挤压,致使螺纹直径尺寸胀大。因此,光杆直径应略小于螺纹公称直径,通常取:光杆直径=螺纹公称直径-(0.1~0.13)P,其中P为螺纹螺距。

2)加工内螺纹前的底孔直径

车削内螺纹时,同样由于底孔在车削过程中受到车刀的挤压,致使底孔直径缩小,因此,底孔直径应略大于螺纹内径,通常取:塑性材料:底孔直径=公称直径-P脆性材料:底孔直径=公称直径-(1.05~1.1)P

3)螺纹切削起始位置

为避免出现螺纹“乱扣”现象[2],在同一螺纹的切削过程中,螺纹切削起点Z坐标应设为固定值,同时Z坐标的设定还应考虑引入距离。螺纹切削起点X坐标应大于螺纹公称直径。单线螺纹:螺纹切削一般为分层切削,为确保刀具每次分层切削时能切削到同一条螺纹上,需保证每次螺纹切削起点的Z坐标为同一坐标值。多线螺纹:FANUC系统一般采用轴向分线法,通过改变螺纹切削起点的Z坐标来实现。在加工第二条螺纹时,需将第一条螺纹切削起点的Z坐标向右偏移一个螺距,在加工第三条螺纹时,需将第二条螺纹切削起点的Z坐标向右偏移一个螺距,以此类推。华中系统则采用圆周分度分线法,即保持各条螺纹切削起点的Z坐标不变,改变螺纹切削起点在圆周的位置。双线螺纹圆周方向每隔180°加工一条螺纹线,三线螺纹圆周方向每隔120°加工一条螺纹线,以此类推。

4)螺纹切削最终进刀位置

螺纹刀在X方向的最终进刀位置取决于螺纹内径,通常通过螺纹内径=螺纹外径-1.3P来计算,也可通过螺纹分刀表来确定。

5)引入引出距离

由于伺服系统具有滞后性,在加工螺纹时,螺纹切削起始位置会出现“超前”现象,而螺纹切削终了位置则出现“滞后”现象[3],导致螺纹两端的螺距与加工要求不符。因此,在螺纹切削起始位置应考虑刀具的引入距离δ1,在螺纹切削终了位置应考虑刀具的引出距离δ2。通常,取δ1=1.5P,δ2=P,也可按经验值:δ1为2mm~5mm,δ2为δ1的一半。具有退刀槽结构的螺纹,δ2一般可取退刀槽宽度的一半。

2主轴转速

进行螺纹切削时,切削力较大,转速不易过高,大多经济数控车床车削螺纹的主轴转速依据n<1200/P-K来确定[4],其中:K为保险系数,一般取80。同时,为保证螺距精度,需保证主轴转速恒定,故不可采用G96恒线速度指令。

3刀具安装

螺纹刀的刀尖应与车床主轴轴线等高。若螺纹刀安装过高,切削到一定深度时,刀具的后刀面顶住工件,摩擦力增大,可造成工件弯曲,甚至出现“扎刀”现象;若螺纹刀安装过低,则不利于切屑的排出。螺纹刀刀尖角的对称中心线应与工件轴线垂直,确保螺纹牙型正确。安装时,可借助对刀样板进行校正。螺纹刀刀头伸出长度不宜过长,一般为刀杆厚度的1.5倍左右,若刀头伸出长度过长,加工过程中因刀杆的颤动或可导致螺纹表面粗糙度较差。

4进刀方式

螺纹切削的进刀方式如图1所示,分别为:直进法、斜进法和左右切削法[5]。以华中世纪星HNC-21T数控车削系统为例,提供的螺纹加工指令主要有G32、G82和G76。

1)直进法

螺纹刀沿X轴方向(横向)间歇进给至牙深处。在切削过程中,由于螺纹刀的两个切削刃始终参与切削,导致切削力较大,排屑困难,散热条件差,车刀易磨损。当进刀量过大时,还可产生“扎刀”现象,甚至折断刀具。因此,仅在刀具材料质量较好且螺距较小(P≤3)的情况下,采用直进法(G32或G82指令)进行加工。

2)斜进法

螺纹刀沿牙型角方向斜向间歇进给至牙深处。此时,螺纹刀始终只有一个侧刃参与切削,排屑较为顺利,但刀具受力不均,导致主轴转速无法提高,工件易产生颤动,尤其在进行最后一次切削时吃刀量大,易产生毛刺。因此,斜进法适用于加工螺纹精度较低的工件,若加工的螺纹精度要求较高,在确保粗精车螺纹切削起始位置一致的条件下,可用G76先行粗车,再用G32或G82完成精车,若粗精车螺纹切削起始位置不同,易产生“乱扣”现象。

3)左右切削法

螺纹分层切削过程中,当每层螺纹切削行程终了,下一层螺纹切削的螺纹刀不但要在X轴方向进给,还要沿Z轴方向的左右两侧微量“借刀”,这种进刀方式可提高牙型两侧的表面质量,由于数值计算量较大,常借助宏程序完成。

5结语

螺纹加工时,只有通过正确的尺寸计算、刀具安装以及合理选取引入引出距离、确定适宜的主轴转速,根据工件材质、螺纹螺距与螺纹的精度要求等因素选择进刀方式,才能确保螺纹的加工质量。

作者:李雅昔 单位:商洛职业技术学院机电工程学院

谈数控机床螺纹加工工艺

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