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梯形螺纹在数控车床上的加工摘要:在数控车床上加工梯形螺纹有一定的技术难度特别是在高速切削时难度更大加工时不容易观察和控制安全可靠性也较差.这就要求我们对梯形螺纹的加工方法进行不断的探索。
关键词:梯形螺纹 数控车削 加工方法 变速车削 梯形螺纹较之三角螺纹,其螺距和牙型都大,而且精度高,牙型两侧面表面粗糙度值较小,致使梯形螺纹车削时,吃刀深,走刀快,切削余量大,切削抗力大。
这就导致了梯形螺纹的车削加工难度较大,在多年的数控车床实习教学中,通过不断的摸索、总结、完善,对于梯形螺纹的车削也有了一定的认知,下面就来探究一下梯形螺纹的车削方法。
一、梯形螺纹加工的工艺分析与加工的基本方法1.梯形螺纹的尺寸计算 梯形螺纹的代号 梯形螺纹的代号用字母“Tr”及公称直径×螺距表示,单位均为 mm。
左旋螺纹需在尺寸规格之后加注“LH”,右旋则不用标注。
例如 Tr36×6Tr44×8LH 等。
国标规定,公制梯形螺纹的牙型角为 30°。
梯形螺纹的牙型如图 1,各基本尺寸计算公式如表 1-1。
图1 梯形螺纹的牙型 表 1-1 梯形螺纹各部分名称、代号及计算公式 名称 代号 计算公式 牙项间 P 1.5~5 6~12 14~44 ac 隙 ac 0.25 0.5 1 大径 d、D4 d公称直径,D4dac 中径 d2、D2 d2d-0.5P D2d2 小径 d3、D1 d3d-2h3 D1d-p 牙高 h3、H4 h30.5pacH4h3 牙顶宽 f、f′ ff′0.366p 牙槽底 W、W′ WW′0.366p-0.536ac 宽2.梯形螺纹在数控车床上基本的加工方法 1)直进法 螺纹车刀 X 向间歇进给至牙深处(如图 2a)。
采用此种方法加工梯形螺纹时,螺纹车刀的三面都参加切削,导致加工排屑困难,切削力和切削热增加,刀尖磨损严重。
当进刀量过大时,还可能产生“扎刀”和“爆刀”现象。
这种方法数控车床可采用指令G92 来实现,但是很显然,这种方法是不可取的。
2)斜进法 螺纹车刀沿牙型角方向斜向间歇进给至牙深处(如图2b)。
采用此种方法加工梯形螺纹时,螺纹车刀始终只有一个侧刃参加切削,从而使排屑比较顺利,刀尖的受力和受热情况有所改善,在车削中不易引起“扎刀”现象。
该方法在数控车床上可采用 G76 指令来实现。
3)交错切削法 螺纹车刀沿牙型角方向交错间隙进给至牙深(如图 2c)。
该方法类同于斜进法,也可在数控车床上采用 G76 指令来实现。
4)切槽刀粗切槽法 该方法先用切槽刀粗切出螺纹槽((如图2d),再用梯形螺纹车刀加工螺纹两侧面。
这种方法的编程与加工在数控车床上较难实现。
a直进法 (b)斜进法 (c)交错切削法 (d)切槽刀粗切槽法 图 2 梯形螺纹几种加工方法3.梯形螺纹编程实例 例 如图 3 所示梯形螺纹,试用 G76 指令编写加工程序。
图 3 梯形螺纹丝杠 1计算梯形螺纹尺寸并查表确定其公差 大径 d36 0 –0.375; 中径 d2d-0.5P36-333查表确定其公差,故 d233–0.118–0.453; 牙高 h30.5P ac3.5; 小径 d3d-2 h329查表确定其公差,故 d329 0 –0.537; 牙顶宽 f0.366P2.196 牙底宽 W0.366P-0.536ac 2.196-0.2681.928 用 3.1mm 的测量棒测量中径,则其测量尺寸 Md24.864dD-1.866P32.88根据中径公差确定其公差,则 M32.88–0.118 –0.453; 2编写数控程序 O0008; T0202; M03 S400; G00 X37.0 Z-28; G76 P020530 Q50 R-0.08; 设定精加工两次,精加工余量为0.16mm,倒角量等于 0.5 倍螺距牙型角为 30°,最小切深为 0.05mm。
G76 X28.75 Z-85.0 P3500 Q600 F6.0;(设定螺纹高为 3.5mm,第一刀切深为 0.6mm。
) G00 X150.0; M05; M30; 以上程序在螺纹切削过程中采用沿牙型角方向斜向进刀的方式,如图 2b 所示。
在 FANUC-0i 系统中,有时还可采用如图 2c 所示交错螺纹切削方式,G76 编程如下所示: G76 X28.75 Z-85.0 K3500 D600 F6.0 A30.0 P2; K:螺纹牙型高度。
D:第一次进给的背吃刀量。
A:牙型角度。
P2:采用交错螺纹切削。
二、变速车削梯形螺纹 在数控车床上车削梯形螺纹工件,低速车削时生产效率很低,高速车削时又不能很好地保证螺纹的表面粗糙度,达不到加工的要求,而直接从高速变为低速车削时则会导致螺纹乱牙。
变速车削时的乱牙问题可以用一种简单实用的方法加以解决,车削螺纹时可以先用较高转速车削,再用低速来精车及修光,从而提高了生产效率,并很好地保证了螺纹的尺寸精度和表面粗糙度。
下面还以梯形螺纹工件如图 3 所示为例,介绍如何在 FANUC 系统的数控车床上变速车削梯形螺纹。
由于此梯形螺纹的螺距较小, 因 可采用斜进搭配刀法加工, FANUC系统的 G76 螺纹切削复合循环指令就是以斜进方式进刀的,故可采用G76 指令,粗车梯形螺纹时编程如下,留出精车余量。
G00 X40 Z-20; G76 P010030 Q80 R0.05; G76 X29 Z-85 P3500 Q100 F6; G00 X200 Z50; 粗车完成后,如果此时将转速直接调到低速调用原程序精车,则一定会乱牙,发生崩刃或撞车事故,故我们在低速车削之前要解决车刀乱牙问题。
考虑到低速车削时车刀进给速度很慢,我们可以用肉眼来观察车削时螺纹车刀与螺纹牙形槽是否对准,具体操作方法如下: 1改变工件坐标系,使车刀车螺纹时不接触工件表面,粗车后将粗车刀停在位置 X200 Z50 处,此时在录入方式下输入 G50 X192 后执行,即改变了坐标系,相当于将坐标系原点沿 X 轴正方向移动了4mm,也就是稍大于一个牙高的距离。
此时将车床主轴转速调低,如调到 25r/min,重新运行程序,粗车刀将车不到工件表面,在接近工件表面的位置移动。
如图 4 所示。
图 4 调整前车刀与螺纹槽的相对位置 2使车刀与车出的梯形螺纹槽重新对正,由于车刀进给速度很慢,此时我们可以看出车刀与原先车出的梯形螺纹槽是不重合的,车刀偏移了一小段距离,如图 5 所示,目的就是要使车刀重新对准车出的梯形螺纹槽。
操作的原理跟在数控车床上车削多头螺纹是一样的,就是通过改变螺纹车刀车削前的轴向起点位置来达到目的,即修改上述程序段 G00 X40 Z-20 中的 Z-20。
我们可以通过肉眼判断需调整的大慨距离,如可先将 Z-20 改为-21,运行程序后,发现车刀与车出的梯形螺纹槽还没有完全对正。
则再修改 Z 值,重新运行程序,直到车刀与梯形螺纹槽完全对正。
如图 5 所示。
图 5 调整后车刀与螺纹槽的相对位置 3恢复原来的工件坐标系,开始精加工 为了便于理解和不易出错,仍将车刀移到 X200 Z50 位置,在录入方式下,执行 G50 X208,修复原来的工件坐标系,重新运行程序,就可以低速精车梯形螺纹了。
精车时也是通过上述改变螺纹车刀车削前的轴向起点位置的方法来修光梯形螺纹的两侧面,同时通过测量,控制切削的次数使螺纹达到尺寸精度的要求。
经过实验,在高速与低速车削的转数都固定时,车刀需要偏移的位移是固定的,有了这个数据,以后在车刀崩刃,或磨损后需换刀时就可以不用再重复调整步骤,直接在低速精车时将车螺纹的起点偏移相应位置就可以了。
本文所举加工例子在南京第二数控机床厂的FANUC 系统数控车床上完成,当车床主轴转速从 560r/min 变速到25r/min 时梯形螺车刀在 Z 轴上需向左偏移 1.8mm。
图示 6 所加工的梯形螺纹。
图 6 梯形螺纹的加工 当然如果在批量生产加工时还是要一次一次地改变螺纹车刀车削前的轴向起点位置来修光梯形螺纹的两侧面,生产效率将大
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