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在普通車床加工的螺紋通常都是軸向的,但現在要加工的是比較少用的端面螺紋,且是非標準的矩形螺紋,故有其一定的技術難度,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,首先考慮在進給箱銘牌上能否找到橫向進給為8mm 的相應手柄位置,根據查找可知,在普通車床上車削端面螺紋時通常都需要重新計算和調整交換齒輪的傳動比來實現,但第一級傳動比在變換交換齒輪后仍實現不了,還需通過進給箱更換第二級傳動關系的速比來實現,才能達到端面螺紋螺距為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。現采用廣州數控系統GSK980TA 數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,經過多次試驗車削,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,特別對刀具要求較高。

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

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

根據圖1所示零件圖,在數控車床上如果一次裝夾完成,不利于車削效益,故采用四個工序完成。

(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,調用內孔刀,用G90指令粗加工Φ70mm 內孔,留精車余量0.5mm左右。

(2)用正三爪夾住Φ70mm內孔,校正工件并夾緊,調用右偏刀,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的裝夾定位精度的基準面,并保證零件長度在15 ±0.3mm 范圍內。

(3)調頭,用三爪夾住Φ117mm 長8mm 的臺階,三爪貼緊臺階面,校正并夾緊。調用內孔刀用G01 指令精車內孔Φ70mm,再調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)調頭,夾Φ70mm 內孔,校正工件并夾緊,調用左偏刀,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主軸轉速采用 25轉/分,切削速度在9米/分左右,故不宜采用硬質合金,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:因為加工材料為鋼件,故取12° ～16° 。

④車刀縱向后角取為 6° ～8° 。

⑤因為加工螺紋的螺距為8mm,所以刃磨刀刃的后角時應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根據公式:tanψ=P/d2 =8/3.14 ×11.78=0.0216

ψ=1° 14′

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

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

⑥兩側刀刃副偏角取為1°～1.5°左右。

⑦為了防止車刀左側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

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

5 端面矩形螺紋的車削方法

車削端面矩形螺紋時,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,故在車削時應注意以下三點:

(1)由于所車削的端面矩形螺紋牙型深度為4.2mm,故應考慮車刀的強度、耐用度等,故采用主軸轉速25轉/分,且每次切削深度最大宜選用0.2mm,車至深度2mm 以上時,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生崩刃或刀頭折斷的現象,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、精車刀進行數控車削,可能會產生對刀時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)切削時應澆注充分的乳化液,以延長刀具壽命和達到表面粗糙度要求。

6 編制程序

目前廣州數控系統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采用G32 螺紋切削指令。

由于G32 指令功能的刀具運動軌跡是從起點到終點的一條直線,切削時在工件表面形成一條等螺距的螺旋切槽,實現等螺距螺紋的加工,故在切削端面矩形螺紋時都有相似的加工軌跡,編程時可調用子程序進行簡化編程。

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

. 綜上所述,本人通過對數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踐分析表明,所采用的數控加工工藝是可行的,既保證了零件的精度,又提高了生產效率。

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