滾刀車絲工序數(shù)控可轉(zhuǎn)位刀片加工方法研究

許張琦 陳 明

(①上海交通大學(xué)機械與動力工程學(xué)院，上海200240;②上優(yōu)機床工具(上海)有限公司，上海201822)

滾刀生產(chǎn)加工中，其螺旋槽的車削是必不可少的。傳統(tǒng)的加工方式是用事先線切割好齒形的白鋼刀作為刀具進行車絲加工。這樣加工由于白鋼刀材料的限制，無法給予較大的進給與切削轉(zhuǎn)速，期間還需不定期的修磨刀具。以至于加工時間與輔助時間都較長，加工時對機床的負(fù)擔(dān)也非常大。即使是大批量同一圖紙的滾刀生產(chǎn)也很可能1天1臺機床只能生產(chǎn)3～5件，這已經(jīng)造成車絲工序成為了整個滾刀生產(chǎn)的瓶頸。其實這些問題都可以通過宏程序用可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金車刀片加工來解決。由于無論是什么類型的齒形，都可以通過有限的幾種硬質(zhì)合金刀片來解決，所以在小批量非標(biāo)產(chǎn)品加工時優(yōu)勢更為明顯。

1 工藝分析

1.1 二次裝夾

由于后續(xù)還會有鏟齒工序，所以車絲僅僅是去除大部分加工余量的粗車加工。在大加工量的粗車加工中，如使用線切割成齒形的白鋼刀，刀具必然磨損嚴(yán)重。不可避免地會需要中途換刀，刃磨。刀具的二次裝夾與對刀也會產(chǎn)生一定的輔助時間。而對于硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片來說，刀片磨損后只需更換刀片，不需變動刀桿位置，在快速換刀的同時又保證了換刀后的位置精度。

1.2 加工路徑

由于滾刀齒形根據(jù)不同的設(shè)計，齒形變化較大。如果模數(shù)較大，對應(yīng)的牙型也會相應(yīng)增大。齒形一致的白鋼刀加工中一般只能采用單一的進刀方式或者左右兩側(cè)分別車削來減小切削力。硬質(zhì)合金刀片則無法像白鋼刀那樣與每種規(guī)格的齒形一一對應(yīng)，采用單一的進刀方式很難車出齒形。所以對于硬質(zhì)合金刀片需要利用宏程序進行分層剝離切削，來較好地解決這一問題。分層法通常不是一次性就把齒形槽切削出來，而是將齒形槽按一定的深度分成若干層，轉(zhuǎn)化成若干個較淺的槽再進行切削;在每一層的切削過程中又分別采用徑向進刀和軸向“趕刀”的方法進行螺紋加工［1］。具體實施辦法見圖1。

首先將切槽刀定位在第1層左側(cè)，走完1刀后，z向沿z軸正方向移動一定距離(移動距離根據(jù)刀片圓角確定)，如此循環(huán)，直至切刀軸向移到第1層右側(cè)。采用同樣的加工方法，將第2層材料車掉。依次類推，直至完成整個齒形螺紋的加工。這樣，原來的齒形螺紋被分解成若干層，在整個切削過程中，可轉(zhuǎn)位刀片切削刃每次參加切削加工的大小只有材料的一小塊，刀尖受力狀況和散熱情況都得到改善，排屑順利，不易扎刀。切削效率可成倍提高［1］。

考慮到盡可能多的利用刀片，切削路徑選用如圖1箭頭所示的蛇形路徑為宜。這樣可以較平均的損耗刀尖圓角兩側(cè)的刃口來提高刀片壽命。

1.3 齒形簡化設(shè)計

滾刀設(shè)計時考慮到避免滾刀后角磨損太快，即使是變壓力角設(shè)計也很少把壓力角設(shè)計成15°以下。標(biāo)準(zhǔn)的可轉(zhuǎn)位刀片最小有35°刀片可以直接用于加工的壓力角大于等于18°的齒形，對于壓力角小于18°的齒形可以用26°的非標(biāo)刀片來加工。但對于有觸角設(shè)計的滾刀來說，觸角壓力角大多數(shù)都小于18°，最小的可以達到10°甚至更小，可轉(zhuǎn)位刀片的可加工范圍大大減小。不過車絲工序僅僅是粗加工并不需要齒形完全準(zhǔn)確，所以為了使26°與35°刀片能涵蓋絕大多數(shù)的滾刀，需要對于觸角設(shè)計的齒形稍加簡化(如圖2)，過滾刀齒形修緣起始點做一條直線與齒頂圓相切作為簡化后的壓力角從而將觸角設(shè)計的齒形簡化為無觸角壓力角稍小的齒形。最終簡化后槽形如圖1所示。

2 程序設(shè)計

2.1 參數(shù)預(yù)處理

在實際的應(yīng)用中，需要先將齒形的參數(shù)與所選用的刀片相結(jié)合計算出簡化齒形、刀片讓刀量和走刀路徑等相關(guān)數(shù)據(jù)。簡化前齒形圓角部分各尺寸之間相關(guān)關(guān)系如圖3，簡化后如圖4。

設(shè)簡化后稍小的壓力角為β，其與齒形各參數(shù)關(guān)系為

化簡后得:

式中:s為齒頂圓角圓心與齒形修緣起始點的水平距離，計算為

式中:r為齒頂圓角圓弧半徑，H為齒形修緣起始點到齒頂?shù)母叨?α為滾刀壓力角;α'為觸角角度，h為齒形修緣起始點到觸角起始點的高度。

針對壓力角β，齒形槽寬應(yīng)相應(yīng)縮減Δ，其計算式為

式中:r'為刀片圓角圓弧半徑。

由于公式有些復(fù)雜，可以為此用VB編寫一個簡單的程序以便操作人員計算參數(shù)。操作人員調(diào)出所需加工齒形的數(shù)據(jù)點擊“TO CN”鍵令程序?qū)ζ溥M行計算并生成機床參數(shù)程序，如圖5。

將其傳入機床后，調(diào)用主程序運行即可。大大減少輔助時間與降低操作難度。

2.2 主程序參數(shù)引用

主程序開頭先應(yīng)用如下參數(shù):

O0050;

#600=100;

#611=1(加工起始縲紋頭);

#602=#604(加工結(jié)束螺紋頭);

#724=0(X軸開始點);

在加工多頭螺紋滾刀時，由#604引入螺紋頭數(shù)，相應(yīng)的改變機床G32命令中的Q值來進行分頭。程序采用一頭完全車出后再開始第二頭的方式。主程序中引入#611與#724以便操作者在中途斷刀時從斷刀處直接開始加工。#611表示從第幾個頭開始加工，#724表示開始加工的深度是多少。如#611=2，#724=-8即為從第二頭深度8處(雙邊深度)開始車螺紋［2］。

最后加工成品如圖6。

3 結(jié)語

在實際應(yīng)用中已證明以上操作方法有效地解決了滾刀生產(chǎn)加工中車絲工序在實際生產(chǎn)中處于瓶頸的問題。加工時間平均縮減到白鋼刀加工時間的1/3左右，加工成本大致不變而且稍有下降。操作者勞動強度與編程難度都大大降低。運行可靠，大大降低了操作者出錯的機會。

［1］計小輩，王麗敏，王卓群.多頭大導(dǎo)程梯形螺紋數(shù)控加工方法研究［J］.制造技術(shù)與機床，2013(8):127-129.

［2］FANUCSeries 0i-TC系統(tǒng)操作說明書［Z］.