提问
回答
写文章

数控高速车削梯形螺纹的方法


在数控车床上加工梯形螺纹有一定的技术难度,特别在高速切削时难度更大,加工时不容易观察和控制,安全可靠性也较差,这就要求正确的刀具几何形状和加工工艺,介绍一种高效可行的加工方法。

不论是在普通车床还是在数控车床上,加工梯形螺纹对于中高职学生来讲,总是存在较大的技术难度,特别是在数控车床上高速车削梯形螺纹,大部分的书籍和教材都没有做专题的介绍,学生很难掌握其精细的计算和合理的加工工艺。作者将根据近年湖南省职业技能鉴定高级工应会试题,结合本人的经验和心得体会,着重讲叙梯形螺纹高速车削方法。



一、    加工方法的选择

如图1所示,在数控车床上加工梯形螺纹时,在三爪卡盘采用一夹一顶的方式,为了对刀和和编制程序的方便,将程序原点设置在工件右端面中心点,另外,还自制了对刀样板,以方便粗、精车换刀时Z方向的准确性。应该指出的是,由于是高速加工梯形螺纹,故选用的是硬质合金刀具。

高速车削梯形螺纹时,由于螺距过大,为防止“扎刀”和“崩刃”,要求在加工梯形螺纹时,切削力不能太大,刀具不能同时三面切削。作者通过多年实践证明,在经济型数控车床上不能用螺纹切削指令G32、G92来进行直进法或直进切槽法来加工,即便近年来很多杂志上介绍的用G92结合子程序的左右摆动法来进行分层切削也不是最好的方法,该方法虽然从理论上能使切削时受力小,但是它忽视了我们常用的车床大多都是经济型数控车床,而经济型数控车床控制系统为半闭环,以致左右摆动时无法使伺服系统跟上数控系统数值要求的步伐,从而使加工螺距发生改变。综合编程和加工来考虑,结合实践经验,我认为采用螺纹切削复合循环指令G76来加工是效果较好、安全、可靠、易行的一种方法。

二、G76指令的相关介绍

G76指令是斜进式切削,由于为单侧刃加工,刀具负载较小,排屑容易,并且切削深度为递减式。一般大螺距螺纹加工。

1、 G76指令的进刀路线和吃刀分配。(图2)



  

组图:梯形螺纹加工各个参数示意

每次进给量=h/√n-1×√¢,其中h为螺纹牙的总高度,n为进给次数,¢为第一次进给量=⊿d,为第二次进给量=1,第三次及更多进给量=X-1

2、格式:

    G76   P(m)(r)(a)   Q(⊿dmin)    R(d)

    G76   X(U)  Z(W)  R(i)  P(k)  Q(⊿d )  F(L)

其中:

m—精加工重复次数,可以1—99次。

r—螺纹尾部倒角量(斜向退刀),00—99个单位,取01则为退0.11×导程。

a—螺纹刀尖的角度(螺纹牙型角)。可选择80、60、55、30、29、0度。

⊿dmin—切削时的最小背吃刀量,半径值,微米。

d—精加工余量,半径值,毫米。

i—螺纹部分半径差,半径值,微米。

k—螺纹的牙深,按h=0 65×螺距(P)计算,微米。

⊿d—第一次切深,半径值,微米。

L—螺纹导程,微米。

三、刀具几何形状的选择

根据高速车削梯形螺纹的条件,首先计算出螺旋角,以便正确刃磨刀具的几何角度。螺旋角为a=[P/(d)]=arctan[5/(3.14×25.5)]= 3.82 ,所以选择左侧后角6—8度,右侧后角是2度是比较合适的;为了便于排屑,刀具不易损坏,前角取6—8度,使刀具更加锋利和有利于断屑,特别指出的是我采用了粗、精车两把刀,由于粗加工容易使车刀损伤和磨损,故我将粗车刀刀尖角刃磨成圆弧型,这样能够加强刀尖的强度,即便粗加工量偏大时也有一定的保险系数,而精加工则完全按照螺纹形状刃磨。要注意的是粗精车刀Z方向对刀时零点的准确性。粗、精车刀几何形状图如下:



       

四、程序的编制。

本文只讲叙梯形螺纹部分程序的编制,具体如下:

%0003;

N10  G90  G95;

N20  M3  S350  T0505;

N30  G0  X35. Z-10.;

N40  G76   P020030  Q20   R0.02

G76  X22.3  Z-94.  P2750  Q329   F5.

N50  G0  X120.   Z200.;

N60  M5;

N70  M30;

五、采用螺纹复合切削循环G76加工应注意的事项。

数控车床加工梯形螺纹时,因其传动链的改变,原则上其转速只要能保证主轴每转一周时,刀具沿主进给轴的方向位移一个导程即可,不应受到限制,但会受到以下几方面的影响:

1、螺纹加工程序段中指令的螺距/导程值,相当于以每转进给量表示的进给速度,如果将机床的主轴转速选择过高,则其换算后的进给速度必定大大超过机床参数所允许的最大进给量,此时会发生机床按照“极限螺距”(极限螺距=最大进给量/转速)进行加工的现象。

2、刀具在其位移的始终,都将受到伺服驱动系统升/降频率和数控装置插补运算速度的约束。由于升/降频率特性满足不了加工需要等原因,则可能因主进给运动产生的“超前”和“滞后”而导致部分螺牙的螺距不符合要求;车削螺纹必须通过主轴的同步运行功能实现,即车削螺纹需要有主轴脉冲发生器编码器。当其主轴转速选择过高时,通过编码器发出的定位脉冲(即主轴每转一周时所发出的一个基准脉冲信号)将可能发生“过冲”,特别是当编码器的质量不稳定时将导致工件螺纹产生乱扣。

因此,车梯形螺纹时,主轴转速选择遵循以下几个原则:

1、在保证生产效率和正常切削的情况下,要根据“极限螺距”计算公式求得加工最高转速,宜选择较低的主轴转速;  

2、当螺纹加工程序段中的导入长度和切出长度较小时,选用相对较低的主轴转速;

3、当编码器所规定的允许工作转速超过机床所规定主轴的最大转速时,可尽量选择高一些的主轴转速;

4、通常情况下,车螺纹时的主轴转速应按其机床或数控系统说明书中规定的计算公式确定。

另外还应注意:

 1、由于主轴速度发生变化有可能切不出正确的螺距、因此在螺纹切削期间不要使用恒表面切削速度控制指令G96。

 2、在螺纹切削期间进给速度倍率无效(固定在100%),速度固定在100%。

 3、在螺纹切削程序段的前一程序段中不能指定倒角或倒圆。

 4、通常由于伺服系统滞后等原因,会在螺纹切削的起点和终点产生不正确的导程,因此,螺纹的起点和终点位置应当比指定的螺纹长度要长。

  

 



76
0 5