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cnc数控车床车削普通螺纹的方法

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发表于 2014-9-16 09:43:06 | 显示全部楼层 |阅读模式

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数控车床上可以车削米制、英寸制、模数和径节制四种标准螺纹,无论车削哪一种螺纹,车床主轴与刀具之间必须保持严格的运动关系:即主轴每转一转(即工件转一转),刀具应均匀地移动一个(工件的)导程的距离。

   以下通过对普通螺纹的分析,加强对普通螺纹的了解,以便更好的加工普通螺纹。
一、普通螺纹的尺寸分析
数控车床对普通螺纹的加工需要一系列尺寸,普通螺纹加工所需的尺寸计算分析主要包括以下两个方面:
1、螺纹加工前工件直径
考虑螺纹加工牙型的膨胀量,螺纹加工前工件直径D/d-0.1P,即螺纹大径减0.1螺距,一般根据材料变形能力小取比螺纹大径小0.1到0.5。
2、螺纹加工进刀量
螺纹加进刀量可以参考螺纹底径,即螺纹刀最终进刀位置。
螺纹小径为:大径-2倍牙高;牙高=0.54P(P为螺距)
螺纹加工的进刀量应不断减少,具体进刀量根据刀具及工作材料进行选择。
二、普通螺纹刀具的装刀与对刀
车刀安装得过高或过低过高,则吃刀到一定深度时,车刀的后刀面顶住工件,增大摩擦力,甚至把工件顶弯,造成啃刀现象;过低,则切屑不易排出,车刀径向力的方向是工件中心,加上横进丝杠与螺母间隙过大,致使吃刀深度不断自动趋向加深,从而把工件抬起,出现啃刀。此时,应及时调整车刀高度,使其刀尖与工件的轴线等高(可利用尾座顶尖对刀)。在粗车和半精车时,刀尖位置比工件的出中心高1%D左右(D表示被加工工件直径)。
工件装夹不牢工件本身的刚性不能承受车削时的切削力,因而产生过大的挠度,改变了车刀与工件的中心高度(工件被抬高了),形成切削深度突增,出现啃刀,此时应把工件装夹牢固,可使用尾座顶尖等,以增加工件刚性。
普通螺纹的对刀方法有试切法对刀和对刀仪自动对刀,可以直接用刀具试切对刀,也可以用G50设置工件零点,用工件移设置工件零点进行对刀。螺纹加工对刀要求不是很高,特别是Z向对刀没有严格的限制,可以根据编程加工要求而定。
三、普通螺纹的编程加工
在目前的数控车床中,螺纹切削一般有三种加工方法:G32直进式切削方法、G92直进式切削方法和G76斜进式切削方法,由于切削方法的不同,编程方法不同,造成加工误差也不同。我们在操作使用上要仔细分析,争取加工出精度高的零件。
1、G32直进式切削方法,由于两侧刃同时工作,切削力较大,而且排削困难,因此在切削时,两切削刃容易磨损。在切削螺距较大的螺纹时,由于切削深度较大,刀刃磨损较快,从而造成螺纹中径产生误差;但是其加工的牙形精度较高,因此一般多用于小螺距螺纹加工。由于其刀具移动切削均靠编程来完成,所以加工程序较长;由于刀刃容易磨损,因此加工中要做到勤测量。
2、G92直进式切削方法简化了编程,较G32指令提高了效率。
3、G76斜进式切削方法,由于为单侧刃加工,加工刀刃容易损伤和磨损,使加工的螺纹面不直,刀尖角发生变化,而造成牙形精度较差。
但由于其为单侧刃工作,刀具负载较小,排屑容易,并且切削深度为递减式。因此,此加工方法一般适用于大螺距螺纹加工。由于此加工方法排屑容易,刀刃加工工况较好,在螺纹精度要求不高的情况下,此加工方法更为方便。在加工较高精度螺纹时,可采用两刀加工完成,既先用G76加工方法进行粗车,然后用G32加工方法精车。但要注意刀具起始点要准确,不然容易乱扣,造成零件报废。
4、螺纹加工完成后可以通过观察螺纹牙型判断螺纹质量及时采取措施,当螺纹牙顶未尖时,增加刀的切入量反而会使螺纹大径增大,增大量视材料塑性而定,当牙顶已被削尖时增加刀的切入量则大径成比例减小,根据这一特点要正确对待螺纹的切入量,防止报废。
在机械制造业中采用数控车削的方法加工螺纹是目前常用的方法。与普通车削相比,螺纹车削的进给速度要高出10倍,螺纹刀片刀尖处的作用力要高 100~1000倍,切削速度较快,切削力较大和作用力聚集范围较窄导致螺纹的加工难度高。笔者通过大量的实验,认为要从刀具的几何参数、切屑液和程序的编辑3个方面来提高数控车削螺纹的精度。


1 实例分析

1.    选择合理的刀具几何参数
由图1可知该螺纹属于细牙普通螺纹,选择硬质合金三角形外螺纹车刀。螺纹车刀的几何形状见图2。
在螺纹刀的两个切削刃上磨出宽度为0.2~0.4mm的倒棱,其g=5°,由于高速切削螺纹的时候实际牙型角会扩大,因此刀尖角应减小30",磨成59.5°较好。螺纹车刀前、后刀面的表面粗糙度必须很小,磨刀时一定要正确修整砂轮或用油石精研刀具。在安装螺纹车刀时要尽量减少伸出长度,防止刀杆刚性不够,切削时产生振动。螺纹车刀安装高度也很讲究,过高或过低都会出现“扎刀” 现象。过高,则吃刀到一定深度时,后刀面顶住工件,增大摩擦力,造成“扎刀”:过低,则切屑不易排出,从而把工件顶起,出现“扎刀”现象。正确的位置是刀尖位置比工件中心高0.1~0.3mm。
2.    选择合适的切削液
车削螺纹时,恰当地使用切削液,能降低切削时产生的热量,减少由于温度升高引起的加工误差:能在金属表面形成薄膜,减少刀具与工件的摩擦,并可冲走铁屑,从而降低工件表面粗糙度值,减少刀具磨损。根据实验,加工一般要求螺纹使用水基切削液就可以达到要求,如果精度要求高就必须使用油基切削液,如煤油、植物油等。车床的水箱一般都装水基切削液,那么在加工螺纹时可以使用油枪进行手工润滑就能满足精度要求。
3.    对编辑的加工程序合理地进行工艺处理
我校使用的是广州数控系统-GSK980T,该系统螺纹编程指令有G32、G92、G76。其中G32是简单螺纹切削指令,显然不适合,G92螺纹切削循环采用直进式进刀方式,G76螺纹切削循环采用斜进式进刀方式,由于切削方法的不同,编程方法不同,造成加工误差也不同。在操作使用上要仔细分析,采用合适的编辑指令才能加工出精度高的零件。
G92和G76的加工误差分析:
1.     G92直进式切削方法,如图3所示。由于两侧刃同时工作,切削力较大,而且排削困难,因此在切削时,两切削刃容易磨损。在切削螺距较大的螺纹时,由于切削深度较大,刀刃磨损较快,从而造成螺纹中径产生误差:但是其加工的牙形精度较高,因此一般多用于小螺距螺纹加工。
2.     G76 斜进式切削方法,如图4所示。由于为单侧刃加工,加工刀刃容易损伤和磨损,使加工的螺纹面不直,刀尖角发生变化,而造成牙形精度较差。但由于其为单侧刃工作,刀具负载较小,排屑容易,并且切削深度为递减式。因此,此加工方法一般适用于大螺距螺纹加工。由于此加工方法排屑容易,刀刃加工工况较好,在螺纹精度要求不高的情况下,此加工方法更为方便。
从以上对比分析可以看出,只简单利用一个指令进行车削螺纹是不够完善的,采用G92、G76混用进行编程,即先用G76进行螺纹粗加工,再用G92进行精加工的方式在螺纹加工中将有两大优点:一方面可以避免因切削量大而产生的变形:另一方面能够保证螺纹加工的精度。但要注意粗车和精车刀具起始点要一致,不然会乱扣,造成零件报废。
根据以上分析,采用GSK980T数控系统所编制的螺纹加工程序如下:
01234:程序号
……: (省略外圆加工程序)
T0303:调3号螺纹车刀
G00 X37.0 Z5.0:快速定位螺纹加工起点
G76 P010160 Q25 R0.05: 用G76螺纹车削循环指令
G76 X34.45 Z-58.0 P775 Q350 F1.5: 粗车M36×1.5螺纹部分
G00 X37.0 Z5.0:快速定位到76螺纹加工起点
G92 X34.4 Z-58.0 F1.5: 用G92螺纹车削循环指令
X34.376:精车螺纹
X34.376:
G00 X100 Z100 M05:返回安全点,主轴停止转动
M30:程序结束,返回程序起始段
加工时的几点注意事项:
1.           工件要夹紧,以防在车削时打滑飞出伤人和扎刀:
2.    要注意安全文明生产。
本文介绍了用数控车床车削加工三角螺纹的方法,并以广州GSK980t数控系统加工M30X2的外三角螺纹为例,进行探讨分析螺纹加工过程中应注意的问题和解决的方法。

   用数控车床车削螺纹相对于用普通车床车削螺纹来说是比较省心的,但本人认为要车好高质量的螺纹还是要过好参数工艺关、刀具关、编程关和检测关。本文以广州GSK980t数控系统加工M30X2的外三角螺纹为例(如图1示),就如何车削出高质量的螺纹与同行进行探讨交流。

    一、 车削螺纹工件的螺纹参数和工艺要求
    1、确定螺纹大径、中径、小径。
   外螺纹大径(公称直径d )一般应车得比基本尺寸小0.2~0.4mm(约0.13P),保证车好螺纹后牙顶处有0.125P的宽度(P是螺距)。具体数值应参照基准制来选择,基轴制的值应小些,基孔制则可大些。中径d 2=d-0.6495P,在中径处螺纹牙厚和槽宽相等。小径的计算公式为:d1=d-1.3P。则在上例中的参数分别是:d =29.6~29.8,d2=28.701,d1=27.4 。
   2、螺柱右端面要倒角至螺纹小径,左边加工退刀槽。   
   3、确定背吃刀量。
   螺纹切削用量的选择应根据工件材料的螺距大小以及所处的加工位置等因素来决定。前几次的进给用量可大些,以后每次进给切削用量应逐渐减小。切削速度应选低些,粗车时每次切深0.3mm左右,最后留余量0.2mm ;精车时每次切深0.1~0.2mm左右,粗精车的总切深为1.3P。经过总结,本人列出下表仅供参照。

    二、车刀的选择、刃磨和安装
    螺纹车刀的选择主要考虑刀具、形状和几何角度等三个方面。高速钢车刀用于加工塑性(钢件)材料的螺纹工件;白钢刀刃磨螺的纹车刀,适用于加工大螺距的螺纹和精密丝等工件;硬质合金螺纹车刀适用于加工脆性材料(铸铁)和高速切削塑性工件。
   车刀的几何角度有三个(1)刀尖角ε应等于牙型角,车削普通三角形螺纹是60o;(2)前角Υ一般为0o~15o,螺纹车刀的径向前角对牙形角有很大的影响,对精度高的螺纹径向前角可适当取小一些(约0o~5o);(3)后角α一般为5o~10o,因螺纹升角的影响,两后角大小应该磨成不同,进刀方向一面应稍大一些。但对大直径、小螺距的三角形螺纹,这种影响可忽略不计。刃磨车刀时要根据粗、精车的要求,刃磨出合理的前、后角。粗车刀前角大,后角小,精车刀则相反。车刀的左右刀刃必须是直线,无崩刃。刀尖角的刃磨比较困难,为保证磨出准确的刀尖角,在刃磨时用螺纹角度样板测量刀尖角(见图2)。测量时,把刀尖角与样板贴合,对准光源,仔细观察两边贴合的间隙,并以此为依据进行修磨。另外车刀磨损过大时会引起切削力增大,顶弯工件,出现啃刀现象。此时应对车刀加以修磨。

   车削螺纹时,为了保证牙形正确,对安装螺纹车刀提出了严格的要求。安装时刀尖高度必须对准工件旋转中心(可根据尾座顶针高度检查),车刀安装得过高,则吃刀到一定深度时,车刀的后刀面顶住工件,增大摩擦力,甚至把工件顶弯,造成啃刀;过低,则切屑不易排出,车刀径向力的方向是工件中心,加上横进丝杠与螺母间隙过大,致使吃刀深度不断自动径向加深,从而把工件抬起,导致啃刀;车刀刀尖角的中心线必须与工件严格垂直,装刀时可用样板来对刀(见图3)。如果车刀装歪,就会产生牙形歪斜(见图4);刀头伸出不能太长,一般为20~25mm(约刀杆厚度的1.5倍)。

    三、编写程序的方法要求
    广州数控G980t 系统中有G32、G92和G76三个切削螺纹的指令,加工螺纹的进刀方法有直进法(见图5)和斜进法(见图6)。因此在编程过程中不同的切削方法应选用不同的指令。

   G32、G92属于直进式切削方法,由于两侧刃同时工作,切削力较大,而且排削困难,因此在切削时,两切削刃容易磨损。在切削螺距较大的螺纹时,由于切削深度较大,刀刃磨损较快,从而造成螺纹中径产生误差;但是其加工的牙形精度较高,因此一般多用于小螺距螺纹加工。由于其刀具移动切削均靠编程完成,导致加工程序较长,但比较灵活。
   G76属于斜进式切削方法,因为是单侧刃加工,所以右边刀刃容易损伤和磨损,使加工的螺纹面不直;另外,刀尖角一旦发生变化,就会造成牙形精度较差。但这种加工方法的优点是切削深度为递减式,刀具负载较小,排屑容易。故此加工方法适用于大螺距螺纹的加工。由于此加工方法排屑容易,刀刃加工工况较好,在螺纹精度要求不高的情况下,此加工方法尤其方便。在加工较高精度螺纹时,可用双刀加工,即先用G76加工方法进行粗车,然后用G32加工方法进行精车,但要注意刀具起始点一定要准确,不然容易乱扣,造成零件报废。
   另外,在编程中螺纹刀的起点应定在大于2P处,收尾处要比螺纹长度大一些;粗、精车时螺纹刀的起点应相同;另外,由于切削力较大,所以吃刀量要小,否则可能会因工件移位导致乱扣;加工时主轴转速一般在650r/min ,切削过程中不能变速,否则会乱扣;用G32或G92编程时,可走多一到两次的空刀,以提高螺纹表面的粗糙度等级。车削螺纹时,恰当地使用切削液,也可提高生产率和零件质量。举例如下:
   O 0001;
   G0 X100 Z100;
   M3 S650;
   T0101 M8;
   G0 X30 Z5;(Z5,大于2P)
   G92 X29.7 Z-19 F2;(z -19,要大于螺纹长度,F2是螺距)
   X29.6;
   X29.5;
   X27.4;
   X27.4;(走空刀的好处是使螺纹表面光滑)
   M5;
   M0;
   M3 S650;
   T0101 M8;
   G0 X30 Z5;(定位应与粗车时相同)
   G92 X27.4 Z-19 F2;
   GO X100 Z100;
   M30;
   四、 检测螺纹参数
    检测螺纹主要测量螺距、牙型角和螺纹中径,而且这些测量要在拆卸工件、刀具前进行,发现问题才能及时补救。
   1、 测量螺距、牙型角
   螺距是由车床的运动关系来保证的,用钢尺测量即可。普通螺纹的螺距一般较小,在测量时,最好量10个螺距的长度,再除以10得到一个螺距的尺寸。牙型角是由车刀的刀尖以及正确安装来保证的,一般用样板测量。也可用螺距规同时测量螺距和牙型角(见图7)。

   2、测量螺纹中径
   螺纹中径常用螺纹千分尺测量。使用方法跟一般的外径千分尺相似。它有两个可以调换的测量头,在测量时,两个跟牙形相同的触头正好卡在螺纹的牙形面,所得到的千分尺读数就是该螺纹的中径实际尺寸。

   3、 综合测量
   用螺纹环规检查三角形外螺纹。首先应对螺纹的直径、螺距、牙形和粗糙度进行检查,然后再用环规测量外螺纹的尺寸精度。如果环规通端正好拧进去,而止端拧不进去,说明螺纹精度符合要求。对于精度要求不高的也可用标准螺母检查(生产中常用),以拧上工件时是否顺利和松动的感觉来确定。检查有退刀槽的螺纹时,环规应通过退刀槽与阶台端面靠平。

   总之,车削螺纹时产生的故障形式多种多样,既有设备的因素,也有刀具、操作者的因素,在排除故障时要具体情况具体分析,通过各种检测和诊断手段,找出具体的影响因素,采取有效的解决方法,车削出高质量的螺纹。


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