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在普通車床加工的螺紋通常都是軸向的,但現(xiàn)在要加工的是比較少用的端面螺紋,且是非標(biāo)準(zhǔn)的矩形螺紋,故有其一定的技術(shù)難度,如圖1 所示是螺距為8mm 的右旋端面矩形螺紋的零件圖,材料為45號鋼。

從零件圖可知,如果在普通車床上加工該零件,難度在于加工螺距為8mm 的端面矩形螺紋。所以在車削端面矩形螺紋時(shí),首先考慮在進(jìn)給箱銘牌上能否找到橫向進(jìn)給為8mm 的相應(yīng)手柄位置,根據(jù)查找可知,在普通車床上車削端面螺紋時(shí)通常都需要重新計(jì)算和調(diào)整交換齒輪的傳動(dòng)比來實(shí)現(xiàn),但第一級傳動(dòng)比在變換交換齒輪后仍實(shí)現(xiàn)不了,還需通過進(jìn)給箱更換第二級傳動(dòng)關(guān)系的速比來實(shí)現(xiàn),才能達(dá)到端面螺紋螺距為8mm 的要求。從以上分析說明在普通車床上加工端面矩形螺紋難度大,效率低。現(xiàn)采用廣州數(shù)控系統(tǒng)GSK980TA 數(shù)控車床可車削端面螺紋的功能,對零件工藝性和難度分析, 從工件裝夾、刀具幾何角度、切削用量選擇、程序編制等方面綜合考慮,經(jīng)過多次試驗(yàn)車削,加工出精度高的特殊端面矩形螺紋。

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1 零件工藝性分析和難度分析

由圖1 可看出,從零件尺寸精度上看,車削端面矩形螺紋的粗糙度要求較高,其他部分要求不高。所以切削用量選擇要適當(dāng),特別對刀具要求較高。

從圖紙上看,該零件輪廓描述,外形尺寸和內(nèi)孔尺寸標(biāo)注均完整,滿足程序編程要求。難度在于車削特殊的端面矩形螺紋時(shí)各部分尺寸需經(jīng)過計(jì)算得出,已知螺距P=8mm,根據(jù)矩形螺紋的計(jì)算公式可得:

螺紋牙型深度:h=0.5P+ac(ac取0.2mm)=0.5 ×8+0.2=4.2mm

螺紋牙槽寬:b=0.5P+(0.02～0.04)=0.5×8+0.03=4.03mm

螺紋牙寬:a=P-b=8-4.03=3.97mm

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2 確定加工工序和裝夾方案

根據(jù)圖1所示零件圖,在數(shù)控車床上如果一次裝夾完成,不利于車削效益,故采用四個(gè)工序完成。

(1)由于工件毛坯直徑是Φ130mm,長度22mm,故采用三爪卡盤的反爪夾住工件任一端外圓,校正工件并夾緊,調(diào)用內(nèi)孔刀,用G90指令粗加工Φ70mm 內(nèi)孔,留精車余量0.5mm左右。

(2)用正三爪夾住Φ70mm內(nèi)孔,校正工件并夾緊,調(diào)用右偏刀,用G94指令車右端面,并用G71、G70 指令粗精車外圓Φ122mm 和Φ117mm 長度8mm 的臺階,此臺階用來保證加工端面矩形螺紋時(shí)的裝夾定位精度的基準(zhǔn)面,并保證零件長度在15 ±0.3mm 范圍內(nèi)。

(3)調(diào)頭,用三爪夾住Φ117mm 長8mm 的臺階,三爪貼緊臺階面,校正并夾緊。調(diào)用內(nèi)孔刀用G01 指令精車內(nèi)孔Φ70mm,再調(diào)用端面矩形螺紋車刀,用G32指令車出端面矩形螺紋至尺寸要求。

(4)調(diào)頭,夾Φ70mm 內(nèi)孔,校正工件并夾緊,調(diào)用左偏刀,用G94 指令完成總長度15mm的控制, 并車出錐體尺寸至圖紙要求和倒角C1。

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3 刀具材料和幾何角度選擇

3.1 刀具材料

車削端面矩形螺紋時(shí)主軸轉(zhuǎn)速采用 25轉(zhuǎn)/分,切削速度在9米/分左右,故不宜采用硬質(zhì)合金,選用超硬高速鋼。

超硬高速鋼車刀可以對較大前角,弧度等刃磨方便,容易磨得鋒利,韌性好,適宜對端面矩形螺紋車刀各幾何角度的刃磨。

3.2 刀具的幾何角度

由于端面矩形螺紋車刀比較特殊,刃磨難度大,故在刃磨時(shí)既要考慮矩形螺紋車刀的幾何角度,又要考慮端面螺紋車刀的幾何角度,保證刃磨出的螺紋車刀具備兩種車刀的幾何角度,才能車削出正確的端面矩形螺紋。

(1)端面螺紋車刀的幾何角度:

①為了使刀頭有足夠的強(qiáng)度,刀頭長度L不宜過長,一般取L=0.5P+(2～4)mm,已知P=8mm,故L 應(yīng)取 6～8mm。

②刀頭寬度:一般比螺紋牙槽寬尺寸小0.5～1.0mm,故刀頭寬度取為 3.5mm。

③車刀縱向前角:因?yàn)榧庸げ牧蠟殇摷?/span>,故取12° ～16° 。

④車刀縱向后角取為 6° ～8° 。

⑤因?yàn)榧庸ぢ菁y的螺距為8mm,所以刃磨刀刃的后角時(shí)應(yīng)考慮螺旋升角的影響。已知 P=8mm,大徑 d=122mm,故中徑d2=d-h=122-4.2=117.8mm根據(jù)公式:tanψ=P/d2 =8/3.14 ×11.78=0.0216

ψ=1° 14′

所以左側(cè)刀刃后角:aol =(3° ～5° )＋ψ=3° 46′＋1° 14′=5°

右側(cè)刀刃后角:aol=(3° ～5° )－ψ=3° 14′－1°14′=2°

⑥兩側(cè)刀刃副偏角取為1°～1.5°左右。

⑦為了防止車刀左側(cè)副后面與螺旋槽圓弧相碰,必須按螺旋槽圓弧的大小磨成圓弧形,并保證有一定的后角。如圖2 所示。

(2)端面矩形螺紋車刀的裝夾方法:端面矩形螺紋車刀的主切削刃必須與工件中心等高,且車刀的中心線必須與軸心線平行。

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4 切削用量的選擇

在數(shù)控車床車削時(shí)除刀具的合理選擇外,還要在加工程序編制時(shí)合理選擇好切削用量,使切削速度、主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度三者間能互相適應(yīng),形成切削參數(shù)。所以在車削端面矩形螺紋時(shí),主軸轉(zhuǎn)速用25～105 轉(zhuǎn)/ 分。

5 端面矩形螺紋的車削方法

車削端面矩形螺紋時(shí),由于受工件材料、車刀角度、螺距大、牙型深等條件限制,車削難度大,故在車削時(shí)應(yīng)注意以下三點(diǎn):

(1)由于所車削的端面矩形螺紋牙型深度為4.2mm,故應(yīng)考慮車刀的強(qiáng)度、耐用度等,故采用主軸轉(zhuǎn)速25轉(zhuǎn)/分,且每次切削深度大宜選用0.2mm,車至深度2mm 以上時(shí),每次切削深度宜選用0.1～0.15mm,這樣可避免因吃刀量過大而產(chǎn)生崩刃或刀頭折斷的現(xiàn)象,且可保持有正確的牙型。

(2)由于端面矩形螺紋的牙槽寬為4.03mm,如果采用粗、精車刀進(jìn)行數(shù)控車削,可能會(huì)產(chǎn)生對刀時(shí)的誤差而影響螺紋的精度,故宜采用刀寬為3.5mm的端面矩形螺紋車刀粗車,采用刀寬為4.03mm 的端面矩形螺紋車刀精車。

(3)切削時(shí)應(yīng)澆注充分的乳化液,以延長刀具壽命和達(dá)到表面粗糙度要求。

6 編制程序

目前廣州數(shù)控系統(tǒng)GSK980TA 螺紋編程指令有G92、G76、G32 指令,本文編制車削端面矩形螺紋的程序時(shí)采用G32 螺紋切削指令。

由于G32 指令功能的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡是從起點(diǎn)到終點(diǎn)的一條直線,切削時(shí)在工件表面形成一條等螺距的螺旋切槽,實(shí)現(xiàn)等螺距螺紋的加工,故在切削端面矩形螺紋時(shí)都有相似的加工軌跡,編程時(shí)可調(diào)用子程序進(jìn)行簡化編程。

根據(jù)以上分析,用刀寬為端面矩形螺紋車刀,以右刀尖為對刀點(diǎn),對圖(一)所示零件圖中數(shù)控車削端面矩形螺紋時(shí)所編制的程序如下表:

. 綜上所述,本人通過對數(shù)控車削端面矩形螺紋的刀具幾何角度、 工件裝夾、切削用量選擇及程序編制的實(shí)踐分析表明,所采用的數(shù)控加工工藝是可行的,既保證了零件的精度,又提高了生產(chǎn)效率。

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