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    不銹鋼細長桿梯形螺紋的車削工藝及宏編程技術

    2019-09-19 02:06:42劉振超
    裝備制造技術 2019年7期
    關鍵詞:牙型車刀刀尖

    劉振超,葉 燕

    (柳州鐵道職業(yè)技術學院,廣西 柳州545007)

    1 不銹鋼細長桿梯形螺紋加工的難題

    如圖1所示閥桿,閥桿材料為0.82Cr/13,閥桿上有一段長為156 mm的梯形螺紋Tr24×5-8e需要加工,該梯形螺紋表面粗糙度要求為Ra0.8。

    圖1 閥桿

    該閥桿為細長桿,長徑比約為15.6,剛性較差,加工過程中很容易產(chǎn)生彎曲變形,致使形位精度降低;不銹鋼材質(zhì)硬度高,塑性大,韌性強,導熱性差,因此加工過程中變形較大,即加工性差;梯形螺紋的螺旋槽比較深,車削螺紋時會產(chǎn)生較大切削力,易損壞刀具以及容易出現(xiàn)扎刀等問題,當三者疊加在一起時加工難度就更大了[1]。

    2 不銹鋼細長桿梯形螺紋加工的工藝措施

    2.1 車刀材料的選擇

    針對不銹鋼加工性差的特點,可以選擇鎢鈷類硬質(zhì)合金車刀或者鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金車刀。鎢鈷類(YG類)硬質(zhì)合金車刀具有韌性好、耐磨、耐高溫、刃磨性好的特點,且抗粘結性和導熱性能均比較優(yōu)越,例如可選擇YG8材料;鎢鈷鈦類(YW類)硬質(zhì)合金車刀,則具有較高耐磨性和紅硬性、抗氧化性,可選擇YW1、YW2等材料,但價格較貴。

    2.2 車刀角度的選擇

    (1)前角 γp和刀尖角 εr的選擇

    車削螺紋時,螺紋車刀的前角大小會影響到螺紋的牙型角,如圖2所示。有前角(γp的螺紋車刀車出的螺紋牙型角(α會大于車刀的刀尖角,前角越大,牙型角誤差也越大。

    圖2 螺紋車刀前角對牙形角的影響

    在加工不銹鋼材料時,如果選擇前角γp=0°的車刀,其切削性很差,會出現(xiàn)振刀現(xiàn)象,刀具很容易損壞。車削不銹鋼材料時,其切屑呈帶狀,切削力集中,應選擇較大的前角,經(jīng)試驗,選擇前角γp=12°。

    為了保證螺紋牙型角準確,同時也應對車刀刀尖角進行修正。螺紋車刀的刀尖角εr是指車刀兩刀刃在基面上投影之間的夾角。當車刀的前角γp=0°時,兩刀刃之間的夾角等于刀尖角;當車刀的前角γp>0°時,兩刀刃之間的夾角小于刀尖角。為了車削出較正確的牙型角,應當對兩刀刃之間的夾角進行修正。根據(jù)經(jīng)驗,若車刀前角γp≤ 12°時,車刀刀尖角εr值可按近似公式εr=α·cosγp計算,其中α為梯形螺紋的牙型角(°)。

    車削 Tr24×5-8e梯形螺紋時,由于 α =30°,γp=12°,所以

    刀尖角 εr=30°× cos12°=29.55°=29°33'

    (2)車刀后角(徑向后角)的選擇

    后角的作用主要是減少車刀后面與工件已加工表面之間的摩擦。高速切削時,為提高生產(chǎn)率,可采用較小的后角。加工Tr24×5-8e不銹鋼梯形螺紋時車刀的后角取αp=4°左右。

    (3)車刀側刃后角的選擇

    由于車刀相對工件的運動是螺旋運動,車削螺紋時,切削平面相應回轉(zhuǎn)了一個螺旋升角φ,如圖3所示。因此車刀切削時的實際后角隨著螺旋升角φ的改變而發(fā)生了變化。

    圖3 螺旋升角φ對實際后角的影響

    順走刀方向的側刃后角 αfL=(3°~ 5°)+ φ;背走刀方向的側刃后角 αfR=(3°~5°)-φ 或取0°。

    加工 Tr24×5-8e梯形螺紋時,φ =18.24°×=4.241 86°= 4°15',αfL=(3°~ 5°) + φ =7°15'~ 9°15';

    αfR=(3°~5°)- φ =-1°15'~ 0°45'。為刃磨刀方便,可取 αfR=0°。

    2.3 切削法的選擇

    梯形螺紋由于螺旋槽較深,切削力較大,易產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象,如何降低刀具受力成為車削成功的關鍵[2]。根據(jù)梯形螺紋的基本牙型,可采用直線進刀分層切削法,即將加工余量分為n層,切削完一層后,再切第二層,即便是螺旋槽很深,而每次作用在刀具上的切削力并不大,可有效解決車削大螺距螺紋時刀具受力過大的問題。為保證牙型表面質(zhì)量,徑向進刀量應逐漸減小。由于梯形螺紋螺距大,要向左或向右趕刀,才能把一層的余量切削完畢。

    3 螺紋加工的宏編程

    通過用宏編程技術與單一固定循環(huán)螺紋切削指令G92結合,可精確控制刀具每次車削螺紋起刀點的位置和切削深度,減小了作用在刀具上的切削力,當切削深度到達終點后,可控制刀具只車削螺旋槽側面,直至中徑尺寸符合要求[3]。

    3.1 參數(shù)計算

    根據(jù)梯形螺紋的參數(shù)計算公式計算,Tr24×5-8e螺紋的參數(shù)如表1所示。

    表1 Tr24x5-8e螺紋的參數(shù)

    相關計算

    牙型高h=0.5P+ac=3 mm;螺紋小徑=d-2h=18 mm;牙槽底寬w=0.366P-0.536ac=1.562 mm

    牙槽頂寬V=W+2h×Tan(α/2)=3.170 mm 。設刀頭寬刃磨為1.2 mm;切削深度ap=0.5 mm。

    3.2 編程

    O0001;

    G0X100Z100;定位到換刀點;

    M3S300 T0101;啟動主軸,轉(zhuǎn)速300r/min,換梯形螺紋車刀;

    M8;開啟冷卻液;

    G0X100Z50;快速定位至加工循環(huán)起始點;

    #1=36;螺紋大徑賦值;

    #2=0.5;徑向單邊切深初始值

    #3=1.2;刀頭寬賦值。一般為牙槽底寬的2/3,這里取1.2 mm。

    #4=3.170;牙槽頂寬賦值;

    N10#5=#1-2*#2;每層進刀后直徑;

    #6=#2*TAN[15];軸向進刀量;

    #7=#4-#3-#6;每層軸向切削余量

    #8=3牙型高h

    G0X40Z[10+#6+0.1];每層左側第一刀起點并留軸向余量0.1 mm;

    G92X#5Z-140F5;車削牙槽左側第一刀;

    N20#6=#6+0.8;軸向讓刀量遞進

    IF[#6GE#7]THEN#6=#7;軸向進刀量≥軸向切削余量時,取軸向進刀量=軸向切削余量;

    G0X40Z[10+#6-0.1];快速定位至循環(huán)起點;牙型右側留0.1 mm余量;

    G92X#5Z-140F5;車削牙槽右側;

    IF[#6LT#7]GOTO20;軸向進刀量<軸向切削余量時,轉(zhuǎn)移至N20語句循環(huán);

    IF[#5GE21.5]THEN#9=0.5;(當切削直徑>21.5時,取 #9=0.5)

    IF[#5LE21.5]THEN#9=0.1;(當切削直徑≤21.5時,取 #9=0.1)

    #2=#2+#9;徑向進刀遞進;

    IF[#2LE#8]GOTO10;徑向進刀總量≤牙型高時,轉(zhuǎn)移至N10語句循環(huán);

    G0X40Z[10+#8*TAN[15]+0.05];定位到循環(huán)起點,牙型左側留0.05 mm余量;

    G92X#5Z-140F5;半精車牙槽左側

    G0X40Z[10+#8*TAN[15]];定位到循環(huán)起點

    G92X#5Z-140F5;精車牙槽左側;

    G0X40Z[10+#7-0.05];定位到循環(huán)起點,牙型右側留0.05 mm余量;

    G92X#5Z-140F5;半精車牙槽右側

    G0X40Z[10+#7];定位到循環(huán)起點

    G92X#5Z-140F5;精車牙槽右側;

    G0X100Z100M9;退刀,冷卻液關;

    M5;主軸停;

    M30;程序結束;

    4 結束語

    梯形螺紋是常見的傳動螺紋,在不同材質(zhì)、不同長徑比的軸上進行加工,其工藝方法不同,要保證加工質(zhì)量和效率,必須對其刀具、參數(shù)等進行細化研究。本文提供的梯形螺紋加工工藝能保證加工質(zhì)量,對同類零件加工具有參考意義,其宏編程技術在解決同類型零件的加工編程問題時也有借鑒意義。

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