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【兆恒機(jī)械】螺紋的數(shù)控銑削加工

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  • 添加日期:2020年08月10日

1、引言

  傳統(tǒng)的螺紋加工方法主要為采用螺紋車刀車削螺紋或采用絲錐、板牙手工攻絲及套扣。隨著數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展,尤其是三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工系統(tǒng)的出現(xiàn),使更先進(jìn)的螺紋加工方式———螺紋的數(shù)控銑削得以實(shí)現(xiàn)。螺紋銑削加工與傳統(tǒng)螺紋加工方式相比, 在加工精度、加工效率方面具有極大優(yōu)勢(shì),且加工時(shí)不受螺紋結(jié)構(gòu)和螺紋旋向的限制,如一把螺紋銑刀可加工多種不同旋向的內(nèi)、外螺紋。對(duì)于不允許有過渡扣或退刀槽結(jié)構(gòu)的螺紋,采用傳統(tǒng)的車削方法或絲錐、板牙很難加工,但采用數(shù)控銑削卻十分容易實(shí)現(xiàn)。此外,螺紋銑刀的耐用度是絲錐的十多倍甚至數(shù)十倍,而且在數(shù)控銑削螺紋過程中,對(duì)螺紋直徑尺寸的調(diào)整極為方便,這是采用絲錐、板牙難以做到的。由于螺紋銑削加工的諸多優(yōu)勢(shì), 目前發(fā)達(dá)國(guó)家的大批量螺紋生產(chǎn)已較廣泛地采用了銑削工藝。

2、螺紋銑削加工實(shí)例


  

image.png圖1所示為M6標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)螺紋的銑削加工實(shí)例。工件材料:鋁合金;刀具:硬質(zhì)合金螺紋鉆銑刀;螺紋深度:10mm;銑刀轉(zhuǎn)速:2,000r/min;切削速度:314m/min; 鉆削進(jìn)給量:0.25mm/min;銑削進(jìn)給量: 0.06mm/齒;加工時(shí)間:每孔1.8s。

  圖1所示加工工位流程為:①位,螺紋鉆銑刀快速運(yùn)行至工件安全平面;②位,螺紋鉆銑刀鉆削至孔深尺寸;③位,螺紋鉆銑刀快速提升到螺紋深度尺寸;④位,螺紋鉆銑刀以圓弧切入螺紋起始點(diǎn);⑤位,螺紋鉆銑刀繞螺紋軸線作X、Y方向插補(bǔ)運(yùn)動(dòng),同時(shí)作平行于軸線的+Z方向運(yùn)動(dòng),即每繞螺紋軸線運(yùn)行360°,沿+Z方向上升一個(gè)螺距,三軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)行軌跡為一螺旋線;⑥位,螺紋鉆銑刀以圓弧從起始點(diǎn)(也是結(jié)束點(diǎn))退刀;⑦位,螺紋鉆銑刀快速退至工件安全平面,準(zhǔn)備加工下一孔。該加工過程包括了鉆孔、 倒角、內(nèi)螺紋銑削和螺紋清根槽銑削,采用一把刀具一次完成,加工效率極高。

3、螺紋銑刀主要類型

  在螺紋銑削加工中,三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床和螺紋銑削刀具是必備的兩要素。以下介紹幾種常見的螺紋銑刀類型:

(1)圓柱螺紋銑刀

  圓柱螺紋銑刀的外形很像是圓柱立銑刀與螺紋絲錐的結(jié)合體(見圖2上,圖2下為錐管螺紋銑刀),但它的螺紋切削刃與絲錐不同,刀具上無(wú)螺旋升程,加工中的螺旋升程靠機(jī)床運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。由于這種特殊結(jié)構(gòu),使該刀具既可加工右旋螺紋,也可加工左旋螺紋,但不適用于較大螺距螺紋的加工。

  常用的圓柱螺紋銑刀可分為粗牙螺紋和細(xì)牙螺紋兩種。出于對(duì)加工效率和耐用度的考慮,螺紋銑刀大都采用硬質(zhì)合金材料制造,并可涂覆各種涂層以適應(yīng)特殊材料的加工需要。圓柱螺紋銑刀適用于鋼、鑄鐵和有色金屬材料的中小直徑螺紋銑削,切削平穩(wěn),耐用度高。缺點(diǎn)是刀具制造成本較高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,價(jià)格昂貴。

(2)機(jī)夾螺紋銑刀及刀片

image.png

  機(jī)夾螺紋銑刀適用于較大直徑(如D>25mm)的螺紋加工。其特點(diǎn)是刀片易于制造,價(jià)格較低,有的螺紋刀片可雙面切削,但抗沖擊性能較整體螺紋銑刀稍差。因此,該刀具常推薦用于加工鋁合金材料。圖3 所示為兩種機(jī)夾螺紋銑刀及刀片。圖3a為機(jī)夾單刃螺紋銑刀及三角雙面刀片,圖 3b為機(jī)夾雙刃螺紋銑刀及矩形雙面刀片。

(3)組合式多工位專用螺紋鏜銑刀

  組合式多工位專用螺紋鏜銑刀的特點(diǎn)是一刀多刃, 一次完成多工位加工,可節(jié)省換刀等輔助時(shí)間,顯著提高生產(chǎn)率。圖4所示為組合式多工位專用螺紋鏜銑刀加工實(shí)例。工件需加工內(nèi)螺紋、倒角和平臺(tái)d4。若采用單工位自動(dòng)換刀方式加工,單件加工用時(shí)約30s。而采用組合式多工位專用螺紋鏜銑刀加工,單件加工用時(shí)僅約5s。
image.png

4、螺紋銑削軌跡

image.png螺紋銑削運(yùn)動(dòng)軌跡為一螺旋線,可通過數(shù)控機(jī)床的三軸聯(lián)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。圖5為左旋和右旋外螺紋的銑削運(yùn)動(dòng)示意圖。

與一般輪廓的數(shù)控銑削一樣,螺紋銑削開始進(jìn)刀時(shí)也可采用1/4圓弧切入或直線切入。銑削時(shí)應(yīng)盡量選用刀片寬度大于被加工螺紋長(zhǎng)度的銑刀,這樣, 銑刀只需旋轉(zhuǎn)360°即可完成螺紋加工。螺紋銑刀的軌跡分析如圖6所示。

5、螺紋銑削編程

  現(xiàn)結(jié)合M30×1.5右旋內(nèi)螺紋銑削加工實(shí)例說明螺紋銑削的編程方法。工件材料:42CrMo4;螺紋底孔直徑:Di=28.38mm;螺紋直徑:Do=30mm;螺紋長(zhǎng)度L=20mm;螺距:P=1.5mm;機(jī)夾螺紋銑刀直徑:D2=19mm;銑削方式:順銑。

(1) 參數(shù)計(jì)算

主軸轉(zhuǎn)速N為

N=1000V/(D2×p=1000×150/(19×3.14)=2512r/min

銑刀齒數(shù)Z=1,每齒進(jìn)給量f=0.1mm,銑刀切削刃處進(jìn)給速度F1

F1=fz×N=0.1×1×2512=251.2mm/min

銑刀中心進(jìn)給速度F2

F2=F1(D0-D2)/D0=251.2×(30-19)/30=92.1mm/min

設(shè)安全距離CL=0.5mm,切入圓弧半徑Re

 

Re=[(Ri-CL)2+R02]/(2R0)=[(14.19-0.5)2+152]/(2×15)=13.747mm

切入圓弧角度b為

b=180°-arcsin[(Ri-CL)/Re]=180°-arcsin[(14.19-0.5)/13.747]=95.22°

為便于計(jì)算,可近似取值為90°。切入圓弧時(shí)的Z軸位移Zα

Zα=Pα/360°=1.5×90°/360°=0.375mm

切入圓弧起始點(diǎn)坐標(biāo)為

image.png

(2)螺紋銑削程序(Fanuc系統(tǒng))

% 
N10 G90 G00 G57 X0. Y0. 
N20 G43 H10 Z0. M3 S2512 
N30 G91 G00 X0. Y0. Z-20.375 
N40 G41 D60 X0. Y-13.690 Z0. 
N50 G03 X15. Y13.69 Z0.375 R13.747 F92 
N60 G03 X0. Y0. Z1.5 I-15. J0. 
N70 G03 X-15. Y13.69 Z0.375 R13.747 
N80 G00 G40 X0. Y-13.690 Z0. 
N90 G49 G57 G00 Z200. M5 
N100 M30 
%