数控车床螺纹加工工艺分析

随着数控机床的普及, 螺纹加工被数控车削广泛应用。得益于数控机床在速度控制、精度控制以及位置控制等方面的优势, 与传统螺纹加工方式相比, 数控车削加工在提高螺纹加工精度与效率上效果显著。另一方面, 受螺纹结构与刀具移动控制特殊性的影响, 螺纹加工存在着工艺复杂、难度大、技术要求高、精度不稳定以及生产效率低等问题。值得注意的是, 数控车削加工在具体加工过程中同样面临着诸多工艺问题。要从根本上解决这些问题, 研究数控车削加工过程中应如何根据不同加工精度与加工材料, 选取适应的编程指令、合理的工件装夹方式、正确的加工刀具以及准确的切削参数等, 来实现螺纹数控车削加工整体过程控制的合理性十分必要。

目前, 主流的数控系统如FANUC、GSK的螺纹加工指令主要有G32、G76与G92。其中指令G32用于加工单行程螺纹, 螺纹的切入、切出、返回等均需另外编写程序, 编程任务重、程序复杂, 因此在实际编程中一般很少用;而采用指令G92, 可以实现螺纹切削循环, 只需给出每次的切削深度 (背吃刀量) 即可, 使程序编辑大为简化。指令G76, 只要编写出螺纹的底径值、螺纹Z向终点值、牙深及第一次背吃刀量、切削次数等加工参数, 车床会自动计算每次的切削深度进行循环加工, 直至加工完成, 程序简捷, 可节省编程时间。而每个指令加工时的进刀方法有所不同, G32、G92指令属于直进式切削方法, 几个切削刃同时工作, 切削力较大, 而且排削困难, 在切削时切削刃容易磨损会造成螺纹中径误差较大, 如果切削深度较大时可能会出现扎刀、打刀等情况, 因此一般多用于小螺距三角形螺纹加工。G76属于斜进式切削方法, 因为是单侧刃加工切削深度为递减式, 刀具负载较小, 排屑容易, 故此加工方法适用于大螺距螺纹 (梯形螺纹) 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, 此加工方法很方便。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。所以在螺纹加工之前我们必须进行以下工作分析。

1 加工工艺分析

在数控车床上加工螺纹, 首先要制订合理的工艺方案, 然后才能进行编程和加工。工艺方案的好坏不仅会影响数控车床效率的发挥, 而且将直接影响到螺纹的加工质量。

1.1 走刀路线及进刀方式的确定

在数控车床上车螺纹时, 要根据工件形状的复杂性考虑走刀路线, 在加工过程中是否有干涉或者碰撞等现象, 根据实际情况采用适合的编程指令, 而且尽可能高速度高效率地完成加工避免走空刀。其次要看螺纹的牙形及导程或螺距选择加工的进刀方式, 一般情况下当螺距P<3mm时, 采用直进法即G32或G92指令编程;螺距P骕3mm时, 采用斜进法即G76指令编程。

1.2 螺纹车刀的选择

螺纹车刀的选择直接影响加工质量的好坏。在保证加工螺纹的高质量高效率的前提下应根据工件的材料来确定刀具的材料, 而最常用的车刀材质有高速钢和硬质合金。在车削塑性材料螺纹工件时, 应选用高速钢螺纹车刀, 而硬度高脆性稍高的加工材料选用硬质合金螺纹车刀。高速钢螺纹车刀的切削用量比较小, 刃磨方便、切削刃锋利、韧性好, 能承受较大的切削冲击力, 加工的螺纹表面粗糙度小。但它的耐热性差, 不宜高速车削。所以一般适合于大螺距的螺纹加工如梯形螺纹。硬质合金螺纹车刀的硬度高、耐磨性好、耐高温, 但抗冲击能力差, 它适合于小螺距三角形螺纹加工。数控车床一般选用硬质合金可转位车刀。螺纹车刀属于成形刀具, 要保证螺纹牙型的精度, 必须正确刃磨和安装车刀。

1.3 切削用量的选择

主轴转速的确定在车削螺纹时, 车床的主轴转速将受到螺纹的螺距 (或导程) 大小、驱动电机的升降频特性及螺纹插补运算速度等多种因素影响, 故对于不同的数控系统, 推荐有不同的主轴转速选择范围。如大多数经济型车床数控系统推荐车螺纹时的主轴转速如下:n≤1200/P-K式中:P是螺纹的螺距 (mm) ;K是保险系数, 一般取为80。

背吃刀量的选择确定螺纹的切削次数。螺纹加工中的走刀次数和背吃刀量会直接影响螺纹的加工质量, 一般情况下工件材料的硬度、强度越高背吃刀量就越小, 切削次数越多;同样, 刀具材质不同背吃刀量也不同, 如加工同样材质同样螺距的螺纹, 高速钢的背吃刀量可略高于硬质合金的背吃刀量, 但主轴转数要大大低于硬质合金车刀车削时的主轴转数。

2 编程示例

如图:工件材料是45号钢材, 用硬质合金螺纹车刀加工螺纹。

确定主轴转速:n1200/P-K= (1200/2-80) =520r/min.根据零件材料、刀具等因素可以取n=400r/min。根据查表、计算可知其牙深为1.3mm, 可安排5次走刀, 每次的背吃刀量分别为0.9、0.6、0.6、0.4、0.1。

2.1 用G32指令进行车螺纹

2.2 采用G92指令进行车螺纹

2.3 采用G76指令进行车螺纹

3 螺纹的检查

螺纹加工完成后要检查它的合格性。三角形螺纹的检测最普遍的就是用环规检测法。通规必须全部旋入, 而止规旋入的部分只能是止规厚度的1/3至2/3厚即可。梯形螺纹的检测方法一般用的是三针测量法。主要检测螺纹的中径是否在允许的范围内。

M--量针测量距

d2--中径

dn--量针直径 (范围查表3mm)

4 结束语

在加工合格且精度要求较高螺纹时, 要在生产实践中不断总结经验, 避免出现故障。特别在应用数控车床加工精度要求较高的螺纹时, 可采用两刀加工完成, 即先用G76加工方法进行粗车, 然后用G92加工方法进行精车, 可以达到比较好的效果。但要注意刀具起始点要准确, 不然容易出现乱扣, 造成零件报废。

摘要：这里分析了轴类零件中螺纹加工工艺方案的制订, 采用BEI-JING-FANUC 0i系统的数控车床运用不同指令进行螺纹加工的误差分析。

关键词：螺纹加工,切削参数,编写程序,精度

参考文献

[1] FANUC series Oi Mate-TC操作说明书

[2] 高枫.数控车削编程与操作训练.高等教育出版社, 2005.再版.229页

[3] 于华.数控机床的编程及实例.北京:机械出版社, 1998.版次:1;页码168