基于FANUC-0i數(shù)控車低速加工梯形螺紋及編程

楊 旭

(四川科技職業(yè)學(xué)院機電工程系,成都 611745)

0 引言

梯形螺紋作傳動用,在各種機床上的絲杠[1]或者許多附件上都常使用。而在數(shù)控車床上要進行梯形螺紋課題訓(xùn)練是一個需要尚待解決的問題,因各方面原因沒辦法加工出合格的精度高的梯形螺紋。目前在數(shù)控車床上大都只能進行三角螺紋的實訓(xùn)課題。本文采用螺紋基本加工指令G32[2],結(jié)合梯形螺紋的基本加工方法,利用宏程序的通用、靈活、高效地進行加工。本文結(jié)合作者實際工作經(jīng)驗和教學(xué)經(jīng)驗進行總結(jié)和完善。其實,只要合理設(shè)計加工工藝,使用合理的加工方法,完全可以在數(shù)控車床上加工出合格的梯形螺紋。

1 梯形螺紋的車削工藝分析

梯形螺紋的加工方法有很多種:直進法、斜進法、左右切削法、車直槽法、分層法等等。

(1)直進法。車刀的左、右刀刃同時切削,由中托板橫向進給直到把螺紋車好為止。其操作簡單,牙形精度較高,粗、精車可用一把刀具進行加工。切削用量低、排屑困難、刀尖易磨損、切削力大,易扎刀[3]。主要切削螺距 P＜3 mm的普通螺紋,P≥3mm普通螺紋的精加工等。

(2)分層法。它是直進法和左右切削法的綜合應(yīng)用。車削P≥3mm剛度較差的梯形螺紋,首先用直進法控制中托板將梯形螺紋加工到一定深度,然后在運用左右趕刀法進行兩側(cè)面的加工,再進行深度的加工,這樣反復(fù)直到粗加工完畢,保證刀具一個面進行切削。將梯形槽轉(zhuǎn)化成若干個較淺的槽來加工。這樣使刀具承受的力小,排屑順利,不易扎刀。這樣加工的螺紋表面粗糙度值較小。其次,在車削螺紋工作時,應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)具體條件,靈活運用,不能死搬硬套。

圖1 分層切削法

(3)在普通車工技能培訓(xùn)加工中,梯形螺紋都難于掌握,也很容易扎刀。在數(shù)控編程中也沒有一個具體的指令能進行梯形螺紋的加工。在實際生產(chǎn)和教學(xué)中不斷摸索、總結(jié)、完善,對于梯形螺紋的車削也有了一定認知,我認為利用宏程序的通用、靈活、高效性與斜進、左右切削法相結(jié)合,可以很好地解決數(shù)控車車梯形螺紋問題。

2 梯形螺紋車刀基礎(chǔ)知識

(1)車刀材料選擇。刀具材料常有高速鋼和硬質(zhì)合金2種。高速鋼螺紋車刀容易得到鋒利的刃口,而且具有韌性好、刀尖不易崩刃等優(yōu)點,在車削塑性材料時,需要刀具刃口鋒利,應(yīng)選用高速鋼車刀。缺點:高溫下刀具材料容易變性,不能進行加工。在車削脆性材料時(如鑄鐵、鑄銅等),應(yīng)盡量不采用高速螺紋車刀,而采用耐磨和耐高溫性能較優(yōu)越的硬質(zhì)合金車刀。

(2)刀尖角的刃磨與測量。螺紋刀尖角的正確與否直接決定其牙形角正確度。刃磨時一般不用螺紋樣板,如果用螺紋樣板進行測量刀尖角,其對稱度差,而用萬能角度尺測量,首先把螺紋車刀右側(cè)靠在萬能角度尺上,觀察其縫隙,以此為依據(jù)進行修磨,直到無縫隙為止,再保證左側(cè)的角度,這樣刀尖角對分線應(yīng)與刀桿基本平行,內(nèi)螺紋車刀刀尖角平分線必須與刀桿垂直。

(3)兩側(cè)刃后角的刃磨。在刃磨螺紋車刀時,如果車刀兩側(cè)刃后角相等,車刀在車削時不能切入工件,在走刀方向螺紋牙形右側(cè)面上將會產(chǎn)生嚴重摩擦傷痕,影響正常車削;如果后角磨得過大,又會降低車刀的強度,切削時易磨損,并產(chǎn)生振動。在刃磨兩側(cè)后角時,應(yīng)注意螺旋升角對螺紋加工質(zhì)量的影響,在刃磨螺紋車刀時,順走刀方向應(yīng)加上螺旋升角,背走刀方向減去螺旋升角。車梯形螺紋時,升角的影響大,必須考慮,如螺紋升角 φ=6°30′的右旋梯形螺紋,選工作后角 aO=3°30′,則左側(cè)后角 aOL=3°30′+φ=10°,而右側(cè)后角 aOR=3°30′-φ=-3°。

(4)裝刀偏差對螺紋精度影響。螺紋車刀的刀尖與工件表面不垂直。即使螺紋車刀刀具角度十分準確,加工后的牙形角仍會產(chǎn)生偏差,因此我們在指導(dǎo)學(xué)生安裝車刀時,應(yīng)要求學(xué)生用萬能角度尺一面與工件表面垂直,另一面與刀尖角一邊靠準。刀尖高度必須對準工作工件中心。

3 宏程序編程特點

數(shù)控廠家為用戶配備了強有力的類似于高級語言的宏程序功能,用戶可以使用變量進行算術(shù)運算、邏輯運算和函數(shù)的混合運算,此外宏程序還提供了循環(huán)語句、分支語句和子程序調(diào)用語句,利于編制各種復(fù)雜的零件加工程序,減少乃至免除手工編程時進行煩瑣的數(shù)值計算,以及精簡程序量[4]。

(1)可以使用變量,并且給變量賦值;

(2)變量之間可以進行運算;

(3)程序之間可以跳轉(zhuǎn);

(4)高效 、經(jīng)濟 、靈活 。

4 梯形螺紋編程加工實例

如圖2所示,工件材料為45鋼,是100 mm平口虎鉗的絲杠。利用 FANUC-0i系統(tǒng)配備的CK 6132數(shù)控車加工Tr20×4-7 h的梯形螺紋,長度為130 mm。工藝分析:(1)采用一夾一頂方式進行裝夾,用銅皮抱住 φ20的臺階,夾持該部分,并且φ30抵住卡盤。(2)選用高速鋼車刀,采用斜進法進行低速車削加工。主軸轉(zhuǎn)速100～120 r/min,梯形螺紋刀安裝在1號刀位。選用G32螺紋加工指令用宏程序進行編程。

圖2 梯形螺紋

該程序是一個綜合程序,可以加工絲杠、蝸桿、螺紋切削循環(huán)(內(nèi)螺紋、外螺紋)等。

程序說明:

(1)加工前,用單步試運行程序,檢查機床參數(shù)中各值與實際加工所需參數(shù)是否相等。如不等,則需修改程序中的參數(shù)值。

(2)該程序是一個綜合程序,加工絲桿或螺紋時#508、#509、#510需計算后直接輸入。加工蝸桿時#508、#509、#510等于括號里面的等式。

(3)當#519=0時,起刀點在工件右端時,該程序加工右旋螺紋,槽的右側(cè)面為第一面;當#519=1時,起刀點在工件的左端時,該程序加工左旋螺紋,槽的左側(cè)為第一面。

(4)當 #513=#509、#505=#504=刀刃長時,該程序精加工第一側(cè)面;當#521=1時,加前述條件時,該程序精加工槽的第二側(cè)面。

(5)中斷加工后,繼續(xù)加工前,需將程序中#522、#523、#524的值改為機床中對應(yīng)參數(shù)值。

(6)加工時可根據(jù)加工狀況,隨時更改機床參數(shù)中#504、#505、#509、#513、#514、#522、#523的值(更改時要注意:#523要小于或等于當前#522,#522要小于或等于當前#509的值)

(7)注意:當 α、β 不等時,內(nèi)螺紋與外螺紋的 α、β不在同一位置上,應(yīng)相互交換。

精度控制方法:(1)首先把梯形螺紋粗車出,然后通過樣板、螺紋規(guī)、三針測量檢驗,如果精度還沒達到實際值,通過磨耗的修改控制其精度。(2)把刀寬寬度#515參數(shù)設(shè)置改小,從而螺紋的槽加大。(3)如果X軸向到達深度,可以把#505設(shè)置為0,再設(shè)置Z軸的磨耗,在單段方式下控制其精度。

5 結(jié)語

在實踐教學(xué)和實際生產(chǎn)加工中,采用宏程序的靈活性、高效性、通用性結(jié)合斜進、左右切削法,合理的工藝設(shè)計,車刀始終只有一個側(cè)刃參加切削,從而使排屑比較順利,可以很好地改散刀尖受力和受熱,減小刀尖磨損,保證梯形螺紋的加工質(zhì)量。在實際生產(chǎn)和教學(xué)中得到了充分利用。熟練運用螺紋加工基本指令,就可以解決梯形螺紋車削這一問題。

[1]于乾莉.機械制圖[M].天津:南開大學(xué)出版社,2010:157.

[2]周虹.數(shù)控加工工藝設(shè)計與程序編制[M].北京:人民郵電出版社,2009:82.

[3]馮志剛.數(shù)控宏程序編程方法技巧與實例[M].北京:機械工業(yè)出版社,2007:94-101.

[4]陳海舟.數(shù)控銑削加工宏程序及應(yīng)用實例[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006:8-20.

[5]職業(yè)技能培訓(xùn)MES系列教材委員會.車工技能[M].北京:航空工業(yè)出版社,1991:98-102.