劉 虹
(重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,重慶 401120)
用數(shù)控車床加工梯形螺紋比三角型螺紋更難,并有較大的技術(shù)難度。在數(shù)控車床上加工三角型螺紋時,一般是根據(jù)零件的圖樣要求,先對各型面進(jìn)行車削,最后才車削螺紋。但在梯形螺紋車削時,因為梯形螺紋常用于傳動,精度要求比較高,工件又比較長,所以在車削中,為了增加工件的剛性和強(qiáng)度,應(yīng)盡量將螺紋車削的工序放在最前面,也就是放在對非螺紋的各個加工面處于粗加工狀態(tài)時。此外,除螺紋車削需要的進(jìn)刀或退刀處要加工到尺寸要求以外,其余各加工面的尺寸,應(yīng)盡量大于圖樣的外徑尺寸。梯形螺紋的大徑一般要比公稱直徑約大0.5mm左右,因此一般在梯形螺紋半精車后再精車至圖樣要求。
梯形螺紋的特點是螺距和牙型都較大,走刀快,螺紋吃刀較深,切削余量與切削抗力都較大,讓刀現(xiàn)象比加工三角型螺紋要更為嚴(yán)重。目前,梯形螺紋在數(shù)控車床上的編程方法主要有G76固定循環(huán)指令法、調(diào)用子程序法及宏程序法等。而每種編程方法中,加工梯形螺紋的切削進(jìn)給又分為直進(jìn)法切削、斜進(jìn)法切削、左右進(jìn)給法切削及切槽刀粗切槽法。
車刀沿螺紋橫向間歇進(jìn)給至牙深處,如圖1(a)所示。采用此方法車削時,車刀三面都參加切削,排屑困難,切削力和切削熱增大,當(dāng)進(jìn)給量過大時,可能產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象,該方法主要用于加工螺距不大于6mm的梯形螺紋。其螺紋刀具的刀尖寬度和梯形螺紋的槽底寬度相等,在數(shù)控車床上該種方法可用G92指令來實現(xiàn)。
車刀沿螺紋牙型角方向斜向間歇地進(jìn)給至牙深處,如圖1(b)所示。采用此方法車削時,車刀始終只有一個側(cè)刃參與車削,排屑順利,刀尖的受熱和受力有所改善,不易引起扎刀現(xiàn)象,在數(shù)控車床上該種方法可用G76指令來實現(xiàn)。
圖1 梯形螺紋的切削方法
車刀沿螺紋牙型角方向交錯間歇地進(jìn)給至牙深處,如圖1(c)所示。刀具沿螺紋的牙型線進(jìn)行左、右切削,或左、中、右切削,切削深度很小。該方法避免了螺紋車刀的三面切削,切削抗力減小。但用該方法車削螺紋時,刀尖寬度應(yīng)比螺紋槽底寬度窄一點。大導(dǎo)程的梯形螺紋,因為牙型寬度較大,宜使用左、中、右分層進(jìn)行切削的加工方法。在數(shù)控車床上該種方法常采用宏程序編程來實現(xiàn)。
先用切槽刀將螺紋槽粗切出來,如圖1(d)所示。然后再用車刀加工螺紋的兩個側(cè)面。在數(shù)控車床上較難實現(xiàn)這種方法的編程與加工。
圖2 梯形螺紋零件圖
零件如圖2所示,材料為45鋼。梯形螺紋的尺寸計算如下:公稱直徑d=36mm,螺距p=6mm,牙頂間隙z=0.5mm,牙型高度h1=0.5p+z=3.5mm,中徑d2=d-0.5p=33mm,底徑d3=d-2h1=29mm,牙頂寬f=0.366p=2.196mm,
槽底寬w=0.366p-0.536z=1.928mm。
在梯形螺紋車削中,單一采用哪一個編程指令均不能實現(xiàn)螺紋的左、右分層切削。為滿足工藝要求,達(dá)到左右切削的條件,先使用G76螺紋切削復(fù)合循環(huán)指令,采用斜進(jìn)法進(jìn)行粗加工,并留出精加工余量,再使用G92螺紋指令,采用直進(jìn)法進(jìn)行精加工,即采用斜進(jìn)法粗車與直進(jìn)法精車的混合編程方法。
程序如下(FANUC-0i系統(tǒng))
O0007
T0505;
S400 M03;
G00 X40 Z10 M08;(快速定位到螺紋切削起點,切削液開啟)
G76 P010030 Q80 R0.1;
G76 X29 Z-55 R0 Q100 P3500 F6;(粗車螺紋)
G00 X40 Z10.1;(快速定位到G92螺紋切削起點)
G92 X36.1 Z-55 F6;(空走一個循環(huán))
M01;有條件暫停(檢查螺紋車刀中心與螺紋溝槽中心是否重和)
G92 X29.1 Z-55 F6;(精車螺紋右側(cè)面)
X29;(精車螺紋右側(cè)面到尺寸)
X29;(再精車一次,以消除讓刀現(xiàn)象)
G00 X40 Z9.9;(快速定位到G92螺紋切削起點)
G92 X29.1 Z-55 F6;(精車螺紋左側(cè)面)
X29;(精車螺紋左側(cè)面到尺寸)
X29;(再精車一次,以消除讓刀現(xiàn)象)
G00 X100 Z100 M09;
M05;
M30;
當(dāng)采用G76斜進(jìn)法粗車后,在用G92精車前應(yīng)檢查螺紋車刀中心是否和加工螺紋溝槽中心重和(用G92空走一個循環(huán)檢查),如中心不重和,則用M01有條件暫停,對螺紋車削起刀點進(jìn)行修改。
使用G32等螺距螺紋加工指令來編制子程序,并采用相對編程,以實現(xiàn)螺紋的左、中、右切削。假設(shè)刀具刀尖寬度為1.328 mm,比槽底窄0.6mm,刀具在一個固定位置車削一刀螺紋,再分別向左、向右偏移0.6mm/2加工螺紋。因為公稱直徑-底徑=7mm,第一次車削梯形螺紋的切深為0.4mm,后面每次切深0.1mm,車削66次,共加工余量(0.4+66*0.1)=7mm。
主程序(FANUC-0i系統(tǒng))
O1000
G54
T0101;
M03 S400;
G00 X44 Z8 M08;(快速定位到螺紋切削起點)
M98 P672000;(連續(xù)67次調(diào)用螺紋車削子程序O2000)
G00 X100 Z100
T0100;
M30
子程序
O2000
G00 U-8.4;(螺紋刀具從起刀點往X軸的負(fù)方向快速移動8.4mm)
G32 U0 Z-56 F6;(從中間直進(jìn)切入進(jìn)行螺紋切削)
G00 U8.4;(往X軸的正方向快速移動8.4mm)
Z8.3;(刀具向右偏離螺紋起刀點0.6mm/2)G00 U8.4;
G32 U0 Z- 56 F6;(車螺紋右側(cè)面)
G00 U8.4;
Z7.7;(刀具向左偏離螺紋起刀點0.6mm/2)U-8.3;
G32 U0 Z- 56 F6;(車螺紋左側(cè)面)G00 U8.3;
Z8;(到螺紋起刀中點)M99;
用宏程序編程時,螺紋刀具的刀尖寬度應(yīng)小于或等于槽底寬度。它是在同一切深層上,螺紋的整個槽寬的左右起點位置要隨切深的變化而改變,以完成螺紋的加工。螺紋的切深要根據(jù)工件的剛性及刀具的強(qiáng)度來合理選擇。
O8000
T0101;
M03 S400;
G00 X40 Z5 (快速走到螺紋加工起刀點)
#1=36 (對螺紋公稱直徑賦初值)
#2=0 (縱向右邊切削賦初值)
#3=-1.876 (TAN30*7,縱向左邊切削初值)
#4=0.15 (每次橫向切削深度0.15mm)
N5 IF[#1LE29]GOTO10 (加工到螺紋底徑循環(huán)結(jié)束)
G00Z[#2+5] (走到螺紋右邊加工起刀點)
G92 X[#1] Z-55 F6;(車螺紋右側(cè)面)
G00 Z[#3+5] ;(快速走到左邊加工起刀點)
G92 X[#1] Z-55 F6;(車螺紋左側(cè)面)
#1=#1-#4;改變螺紋加工直徑
#2=#2-TAN[15]*#4;(計算因改變切深后,槽寬的右起點位置)
#3=#3+TAN[15]*#4;(計算因改變切深后,槽寬的左起點位置)
IF[#1LT34]THEN #4=0.15;(直徑小于Φ34時,每次切削深度為0.15 mm)
IF[#1LT32]THEN #4=0.1;(直徑小于Φ32時,每次切削深度為0.10 mm)
IF[#1LT30]THEN #4=0.05;(直徑小于Φ30時,每次切削深度為0.05mm)
GOTO 5;
N10 G92 X29 Z-55 F6;(在螺紋底徑處精加工兩刀)
G92 X29 Z-55 F6;
G00 X100 Z150 M09;
M05;
M30;
利用宏程序編程,能實現(xiàn)程序結(jié)構(gòu)的模塊化??梢詫⒁丫幒玫暮瓿绦蜃鳛槟K,來完成形狀相同而尺寸不同的零件的加工,當(dāng)零件的尺寸改變時,只需要將零件的幾何參數(shù)的值進(jìn)行相應(yīng)的改變,即可車削不同螺距和公稱直徑的梯形螺紋。使程序具有較強(qiáng)的通用性、靈活性和智能性。
梯形螺紋的車削方法有多種,加工較為復(fù)雜。車削梯形螺紋時,只要綜合考慮螺距的大小、刀具的強(qiáng)度及機(jī)床的剛性等情況,進(jìn)行加工方法的合理選擇,并根據(jù)工藝分析,使用恰當(dāng)?shù)臄?shù)控編程指令,就可以在數(shù)控車床上車削出合格的梯形螺紋。
[1] 馮志剛.數(shù)控編程疑難解答[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.
[2] 杜啟新,等.數(shù)控車床車削梯形螺紋的方法[J].包鋼科技,2008,(2):37-39.
[3] 周伯秀.數(shù)控車削梯形螺紋方法的探討[J].裝備制造技術(shù),2009,(12):149-150.