谈经验使用经济型数控车也能加工高精度端面螺纹

在普通车床加工的螺纹通常都是轴向的,但现在要加工的是比较少用的端面螺纹,且是非标准的矩形螺纹,故有其一定的技术难度,如图1 所示是螺距为8mm 的右旋端面矩形螺纹的零件图,材料为45号钢。

从零件图可知,如果在普通车床上加工该零件,难度在于加工螺距为8mm 的端面矩形螺纹。所以在车削端面矩形螺纹时,首先考虑在进给箱铭牌上能否找到横向进给为8mm 的相应手柄位置,根据查找可知,在普通车床上车削端面螺纹时通常都需要重新计算和调整交换齿轮的传动比来实现,但第一级传动比在变换交换齿轮后仍实现不了,还需通过进给箱更换第二级传动关系的速比来实现,才能达到端面螺纹螺距为8mm 的要求。从以上分析说明在普通车床上加工端面矩形螺纹难度大,效率低。现采用广州数控系统GSK980TA 数控车床可车削端面螺纹的功能,对零件工艺性和难度分析, 从工件装夹、刀具几何角度、切削用量选择、程序编制等方面综合考虑,经过多次试验车削,加工出精度高的特殊端面矩形螺纹。

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1 零件工艺性分析和难度分析

由图1 可看出,从零件尺寸精度上看,车削端面矩形螺纹的粗糙度要求较高,其他部分要求不高。所以切削用量选择要适当,特别对刀具要求较高。

从图纸上看,该零件轮廓描述,外形尺寸和内孔尺寸标注均完整,满足程序编程要求。难度在于车削特殊的端面矩形螺纹时各部分尺寸需经过计算得出,已知螺距P=8mm,根据矩形螺纹的计算公式可得:

螺纹牙型深度:h=0.5P+ac(ac取0.2mm)=0.5 ×8+0.2=4.2mm

螺纹牙槽宽:b=0.5P+(0.02～0.04)=0.5×8+0.03=4.03mm

螺纹牙宽:a=P-b=8-4.03=3.97mm

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2 确定加工工序和装夹方案

根据图1所示零件图,在数控车床上如果一次装夹完成,不利于车削效益,故采用四个工序完成。

(1)由于工件毛坯直径是Φ130mm,长度22mm,故采用三爪卡盘的反爪夹住工件任一端外圆,校正工件并夹紧,调用内孔刀,用G90指令粗加工Φ70mm 内孔,留精车余量0.5mm左右。

(2)用正三爪夹住Φ70mm内孔,校正工件并夹紧,调用右偏刀,用G94指令车右端面,并用G71、G70 指令粗精车外圆Φ122mm 和Φ117mm 长度8mm 的台阶,此台阶用来保证加工端面矩形螺纹时的装夹定位精度的基准面,并保证零件长度在15 ±0.3mm 范围内。

(3)调头,用三爪夹住Φ117mm 长8mm 的台阶,三爪贴紧台阶面,校正并夹紧。调用内孔刀用G01 指令精车内孔Φ70mm,再调用端面矩形螺纹车刀,用G32指令车出端面矩形螺纹至尺寸要求。

(4)调头,夹Φ70mm 内孔,校正工件并夹紧,调用左偏刀,用G94 指令完成总长度15mm的控制, 并车出锥体尺寸至图纸要求和倒角C1。

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3 刀具材料和几何角度选择

3.1 刀具材料

车削端面矩形螺纹时主轴转速采用 25转/分,切削速度在9米/分左右,故不宜采用硬质合金,选用超硬高速钢。

超硬高速钢车刀可以对较大前角,弧度等刃磨方便,容易磨得锋利,韧性好,适宜对端面矩形螺纹车刀各几何角度的刃磨。

3.2 刀具的几何角度

由于端面矩形螺纹车刀比较特殊,刃磨难度大,故在刃磨时既要考虑矩形螺纹车刀的几何角度,又要考虑端面螺纹车刀的几何角度,保证刃磨出的螺纹车刀具备两种车刀的几何角度,才能车削出正确的端面矩形螺纹。

(1)端面螺纹车刀的几何角度:

①为了使刀头有足够的强度,刀头长度L不宜过长,一般取L=0.5P+(2～4)mm,已知P=8mm,故L 应取 6～8mm。

②刀头宽度:一般比螺纹牙槽宽尺寸小0.5～1.0mm,故刀头宽度取为 3.5mm。

③车刀纵向前角:因为加工材料为钢件,故取12° ～16° 。

④车刀纵向后角取为 6° ～8° 。

⑤因为加工螺纹的螺距为8mm,所以刃磨刀刃的后角时应考虑螺旋升角的影响。已知 P=8mm,大径 d=122mm,故中径d2=d-h=122-4.2=117.8mm根据公式:tanψ=P/d2 =8/3.14 ×11.78=0.0216

ψ=1° 14′

所以左侧刀刃后角:aol =(3° ～5° )＋ψ=3° 46′＋1° 14′=5°

右侧刀刃后角:aol=(3° ～5° )－ψ=3° 14′－1°14′=2°

⑥两侧刀刃副偏角取为1°～1.5°左右。

⑦为了防止车刀左侧副后面与螺旋槽圆弧相碰,必须按螺旋槽圆弧的大小磨成圆弧形,并保证有一定的后角。如图2 所示。

(2)端面矩形螺纹车刀的装夹方法:端面矩形螺纹车刀的主切削刃必须与工件中心等高,且车刀的中心线必须与轴心线平行。

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4 切削用量的选择

在数控车床车削时除刀具的合理选择外,还要在加工程序编制时合理选择好切削用量,使切削速度、主轴转速和进给速度三者间能互相适应,形成最佳切削参数。所以在车削端面矩形螺纹时,主轴转速用25～105 转/ 分。

5 端面矩形螺纹的车削方法

车削端面矩形螺纹时,由于受工件材料、车刀角度、螺距大、牙型深等条件限制,车削难度大,故在车削时应注意以下三点:

(1)由于所车削的端面矩形螺纹牙型深度为4.2mm,故应考虑车刀的强度、耐用度等,故采用主轴转速25转/分,且每次切削深度最大宜选用0.2mm,车至深度2mm 以上时,每次切削深度宜选用0.1～0.15mm,这样可避免因吃刀量过大而产生崩刃或刀头折断的现象,且可保持有正确的牙型。

(2)由于端面矩形螺纹的牙槽宽为4.03mm,如果采用粗、精车刀进行数控车削,可能会产生对刀时的误差而影响螺纹的精度,故宜采用刀宽为3.5mm的端面矩形螺纹车刀粗车,采用刀宽为4.03mm 的端面矩形螺纹车刀精车。

(3)切削时应浇注充分的乳化液,以延长刀具寿命和达到表面粗糙度要求。

6 编制程序

目前广州数控系统GSK980TA 螺纹编程指令有G92、G76、G32 指令,本文编制车削端面矩形螺纹的程序时采用G32 螺纹切削指令。

由于G32 指令功能的刀具运动轨迹是从起点到终点的一条直线,切削时在工件表面形成一条等螺距的螺旋切槽,实现等螺距螺纹的加工,故在切削端面矩形螺纹时都有相似的加工轨迹,编程时可调用子程序进行简化编程。

根据以上分析,用刀宽为端面矩形螺纹车刀,以右刀尖为对刀点,对图(一)所示零件图中数控车削端面矩形螺纹时所编制的程序如下表:

. 综上所述,本人通过对数控车削端面矩形螺纹的刀具几何角度、工件装夹、切削用量选择及程序编制的实践分析表明,所采用的数控加工工艺是可行的,既保证了零件的精度,又提高了生产效率。

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