多頭大導(dǎo)程梯形螺紋數(shù)控加工方法研究

計(jì)小輩 王麗敏 王卓群

(邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北邢臺(tái) 054035)

梯形螺紋作為傳動(dòng)用螺紋，主要用于傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，在機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用廣泛，其加工制造有較大的技術(shù)難度。尤其是多頭大導(dǎo)程梯形螺紋的加工難度更大。本文依據(jù)加工雙盤(pán)摩擦壓力機(jī)上三頭絲杠的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，分析了車(chē)削此類(lèi)零件的加工工藝與編程方法?，F(xiàn)以此為例進(jìn)行說(shuō)明。雙盤(pán)摩擦壓力機(jī)上三頭絲杠零件圖見(jiàn)圖1。此為螺紋大徑172 mm、長(zhǎng)1 008 mm、導(dǎo)程132 mm、螺距44 mm的三頭梯形螺紋，加工材料為通常用的45#鋼的塑性材料。

在加工螺紋時(shí)，工件每轉(zhuǎn)一圈，刀具要運(yùn)動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程長(zhǎng)，機(jī)床軸向進(jìn)給速度非?？臁．?dāng)加工此絲杠的主軸轉(zhuǎn)速取n=40 r/min時(shí)，則軸向進(jìn)給速度f(wàn)=40 r/min×132 mm/r=5 280 mm/min，進(jìn)給速度要高出平時(shí)切削速度的幾百倍，刀具刀尖處作用力非常大，刀具磨損嚴(yán)重，很容易出現(xiàn)“振刀”、“扎刀”甚至損壞刀具的情況。另外，此絲杠螺紋槽較深，槽底較寬，加工量大。若用普通車(chē)床加工，對(duì)操作者的技術(shù)水平要求較高，且操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度非常大。再者，由于是多頭螺紋，用普通車(chē)床加工較難保證分頭的準(zhǔn)確性，螺距不均勻。

鑒于以上原因，筆者根據(jù)多年加工經(jīng)驗(yàn)，制定合理加工工藝，采用FANUC 0i系統(tǒng)數(shù)控車(chē)床，很好地解決了這一加工難題。現(xiàn)在將具體實(shí)施過(guò)程進(jìn)行整理總結(jié)。

1 工藝分析

1.1 加工思路

此類(lèi)長(zhǎng)軸類(lèi)零件的加工，顯然采用一夾一頂?shù)难b夾方式。加工工序分粗車(chē)和精車(chē)兩步完成，先用粗車(chē)刀將螺紋槽粗切出來(lái)，去除大部分加工余量;粗車(chē)后換精車(chē)刀，分別精車(chē)螺紋的左右兩牙側(cè)，達(dá)到工件技術(shù)要求?？紤]到刀具制造的方便性，加工刀具采用高速鋼鋼條經(jīng)手工磨制而成;使用高速鋼刀具還有以下優(yōu)點(diǎn):刃磨方便，容易得到鋒利的刃口，而且刀具韌性好、刀尖不易崩裂，適合車(chē)削塑性材料的工件，且在低速加工下容易獲得較好的表面粗糙度。

1.2 螺紋粗車(chē)

由于粗車(chē)加工量大，刀具磨損嚴(yán)重。不可避免地要進(jìn)行中途換刀，刃磨。這就涉及到刀具的二次裝夾與對(duì)刀，傳統(tǒng)的刀頭有一定寬度、刀尖角為30°的梯形螺紋成形車(chē)刀，很難保證二次對(duì)刀Z向位置的準(zhǔn)確性。另外，梯形螺紋車(chē)削的程序編制與加工都要考慮到刀頭的寬度問(wèn)題，梯形螺紋成形車(chē)刀刀頭寬度的精確測(cè)量也較困難。這兩方面的原因，都不利于刀具二次裝夾后，能快速地對(duì)刀，繼續(xù)進(jìn)行加工。而切槽刀無(wú)論是在Z向準(zhǔn)確對(duì)刀還是刀頭寬度的精確測(cè)量都較容易。為此，我們選擇切槽刀粗切螺紋槽去除大部分加工量。

由于該絲杠的螺距和牙型較大，采用單一的進(jìn)刀方式，很難正常完成螺紋車(chē)削。如果利用宏程序進(jìn)行分層剝離切削，則可以較好地解決這一問(wèn)題。

分層法通常不是一次性就把牙型槽切削出來(lái)，而是將大螺距螺紋的牙槽按一定的深度分成若干層，轉(zhuǎn)化成若干個(gè)較淺的牙型槽再進(jìn)行切削;在每一層的切削過(guò)程中又分別采用徑向進(jìn)刀和軸向“趕刀”的方法進(jìn)行螺紋加工。具體實(shí)施辦法:如圖2所示，首先將切槽刀定位在第一層牙型右側(cè)，采用徑向多次均勻進(jìn)刀，當(dāng)切至第一層螺紋的螺紋小徑時(shí)，刀具X向回第一層初始起刀點(diǎn)，Z向沿Z軸負(fù)方向移動(dòng)一定距離(移動(dòng)距離要小于切刀刀頭寬度)，繼續(xù)采用徑向多次均勻進(jìn)刀，如此循環(huán)，直至切刀軸向移到第一層牙型左側(cè);采用同樣的加工方法，將第二層金屬層車(chē)掉。依次類(lèi)推，直至完成梯形螺紋的加工。這樣，原來(lái)的大螺距螺紋被分解成若干層，在整個(gè)切削過(guò)程中，切槽刀刀刃參加切削加工的長(zhǎng)度，只有每層金屬深度的一小段，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。

1.3 螺紋精車(chē)

為達(dá)到梯形螺紋技術(shù)要求，刃磨好精車(chē)刀是關(guān)鍵。為保證牙型角正確，在刃磨時(shí)可使用萬(wàn)能角度尺來(lái)測(cè)量。為便于刃磨和裝刀，要求螺紋刀的刀尖角平分線(xiàn)要與刀桿兩側(cè)的對(duì)稱(chēng)面平行或重合。刃磨時(shí)先把車(chē)刀一側(cè)的刀刃刃磨好，再以此為基準(zhǔn)刃磨另一側(cè)刀刃。

1.4 注意事項(xiàng)

工件采用卡盤(pán)夾緊、頂尖支撐的裝夾方式。由于工件為長(zhǎng)軸類(lèi)零件、徑向尺寸也較大，靜載時(shí)頂尖承受的壓力就較大。工件切削時(shí)，徑向切削力也很大，為減小工件切削時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)。選擇適宜低速重載的死頂尖進(jìn)行支撐。需要注意的是，死頂尖頂工件不要頂?shù)奶o，頂尖與工件中心孔處要涂加黃油。

為了減小徑向切削力，在保證刀具強(qiáng)度的情況下，刀頭寬度盡量減小。實(shí)際加工中，筆者粗車(chē)切槽刀刀頭寬度取8 mm，精車(chē)梯形螺紋成形車(chē)刀刀頭寬度取1.5 mm。車(chē)刀左側(cè)刃的刃磨后角要大于梯形螺紋的螺旋升角，否則車(chē)刀后刀面會(huì)與螺旋槽側(cè)面發(fā)生干涉，使車(chē)刀不能順利車(chē)削，甚至?xí)p壞車(chē)刀。梯形螺紋的螺旋升角λ計(jì)算公式為

式中:p為螺距;n為螺紋頭數(shù);d2為螺紋中徑。

在安裝螺紋車(chē)刀時(shí)要盡量減少伸出長(zhǎng)度，防止刀桿剛性不夠，切削時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)。螺紋車(chē)刀安裝高度也很講究，過(guò)低或過(guò)高都會(huì)出現(xiàn)“扎刀”現(xiàn)象。過(guò)低，切屑不易排出，從而把工件頂起，出現(xiàn)“扎刀”現(xiàn)象;過(guò)高，則吃刀到一定深度時(shí)，后刀面頂住工件，增大摩擦力，造成“扎刀”。正確的位置是，刀尖位置比工件中心高0.1～0.3 mm。

由于刀具采用高速鋼材料，不耐高溫，所以切削過(guò)程中跟足切削液是必須的。另外，恰當(dāng)?shù)厥褂们邢饕?，能降低切削時(shí)產(chǎn)生的熱量，減少由于溫度升高引起的加工誤差，能在金屬表面形成薄膜，減少刀具與工件的摩擦，并可沖走切屑，從而減小工件表面粗糙度值，減少刀具磨損。加工要求不高時(shí)使用水基切削液就可以達(dá)到要求，如果精度要求高就必須使用油基切削液。對(duì)于該工件的加工，螺紋粗車(chē)時(shí)，保證跟足車(chē)床水箱內(nèi)的水基切削液，保證不燒刀。精車(chē)時(shí)，使用油槍進(jìn)行手工潤(rùn)滑以能滿(mǎn)足精度要求。

2 程序設(shè)計(jì)

2.1 粗車(chē)宏程序設(shè)計(jì)

程序原點(diǎn)設(shè)在工件左端面圓心處，切刀的左刀尖為刀位點(diǎn)。

程序執(zhí)行結(jié)束后，將#10分別賦值為 －114和－158，進(jìn)行多頭螺紋另外兩頭的加工。

2.2 精車(chē)編程與操作

用以上程序完成粗加工后，換用精車(chē)刀，用螺紋車(chē)削單一循環(huán)指令G92，分別精車(chē)螺紋的左右兩牙側(cè)，并同時(shí)保證螺紋中徑尺寸精度和兩牙側(cè)表面粗糙度等技術(shù)要求，最終完成該絲杠的加工。具體操作過(guò)程，在此不再贅述;加工實(shí)圖如圖3所示。

3 結(jié)語(yǔ)

加工實(shí)踐驗(yàn)證:以上操作方法有效地解決了加工多頭大導(dǎo)程梯形螺紋的技術(shù)難題。在減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，降低編程難度，并且運(yùn)行可靠，工藝性強(qiáng)，取得了很好的加工效果。

從數(shù)控車(chē)削螺紋原理看，可以針對(duì)某一類(lèi)螺紋，采用宏程序編制一種比較簡(jiǎn)單、通用的程序，根據(jù)不同的需要適當(dāng)改變相應(yīng)參數(shù)變量，滿(mǎn)足加工不同的大螺距螺紋的需要，大大縮短編程的輔助時(shí)間。

［1］馮志剛.數(shù)控宏程序編程方法、技巧與實(shí)例［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［2］屠國(guó)棟，趙正文.車(chē)工［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［3］原北京第一通用機(jī)械廠(chǎng).機(jī)械工人切削手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.