車(chē)床尾座絲桿的數(shù)控車(chē)削加工工藝分析
2020-11-20 來(lái)源：鹽城市經(jīng)貿(mào)高級(jí)職業(yè) 鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù) 作者：費(fèi)美扣 王元生
摘要：針對(duì)傳統(tǒng)的車(chē)床尾座絲桿加工工藝的不足，在分析絲桿零件工藝特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，探討了應(yīng)用 ＦＡＮＵＣ０ｉ－ｍａｔｅ系統(tǒng)數(shù)控車(chē)床加工絲桿的兩種車(chē)削工藝方案，采用螺紋循環(huán)指令及用戶宏程序編制了梯形螺紋加工程序并進(jìn)行了試切。結(jié)果表明：運(yùn)用左右切削法編程加工絲桿，顯著提高了絲桿零件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，提高了絲桿產(chǎn)品的互換性，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。
關(guān)鍵詞：車(chē)床尾座；絲桿；數(shù)控加工
０ 引言
尾座是臥式車(chē)床的重要附件，主要用于安裝頂尖，對(duì)長(zhǎng)軸類(lèi)零件定心和夾緊，確保加工精度和表面粗糙度；也可用于安裝麻花鉆或鏜刀刀桿等，完成對(duì)工件孔的加工。
市場(chǎng)調(diào)研結(jié)果顯示，現(xiàn)有臥式車(chē)床絕大多數(shù)使用了手動(dòng)套筒式尾座，該類(lèi)尾座利用絲桿螺母副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)整套筒的伸縮行程，實(shí)現(xiàn)頂尖夾緊或刀具進(jìn)。顯而易見(jiàn)，絲桿是影響尾座精度的關(guān)鍵零件之一。
傳統(tǒng)的尾座絲桿加工是在通用車(chē)床上進(jìn)行，這種加工方法存在兩方面缺點(diǎn)：一是對(duì)機(jī)床操作人員的技能要求非常高，產(chǎn)品生產(chǎn)效率較低；二是絲桿產(chǎn)品的尺寸一致性差，后續(xù)加工螺母時(shí)需要與絲桿進(jìn)行配合加工，產(chǎn)品的互換性較差，維修成本高。
本文針對(duì)尾座絲桿傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的不足，在詳細(xì)分析絲桿工藝難點(diǎn)的基礎(chǔ)上，探討應(yīng)用ＦＡＮＵＣ ０ｉ－ｍａｔｅ系統(tǒng)數(shù)控車(chē)床的兩種加工方案，并采用螺紋循環(huán)指令及用戶宏程序進(jìn)行編程和試切加工，以提高絲桿的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品的互換性。
１ 、絲桿工藝性分析
車(chē)床尾座絲桿如圖１所示，材料為４５鋼，中小批量生產(chǎn)。
１．１ 零件圖分析
絲桿零 件 長(zhǎng) ３１５±０．２（ｍｍ），最大外圓 Φ３５ ０－０．０３ｍｍ。加工內(nèi)容包括外圓、倒角、退刀槽、三角螺紋和梯形螺紋。３處外圓相對(duì)于兩端中心孔的圓跳動(dòng)度小于０．０４０ｍｍ 或０．０２５ｍｍ，２處外圓表面粗糙度為Ｒａ１．６。絲桿上梯形螺紋 Ｔｒ２０×４－７ｈ－Ｌ 是常用的傳動(dòng)螺紋，公稱(chēng)直徑為２０ ｍｍ，螺距為４ ｍｍ，中徑公差帶代號(hào)為７ｈ，長(zhǎng)旋合長(zhǎng)度。
梯形螺紋的大徑相對(duì)于兩端中心孔的圓跳動(dòng)度小于 ０．０２５ ｍｍ，螺牙頂面及兩側(cè)面表面粗糙度為Ｒａ１．６。
１．２ 加工難點(diǎn)分析
由上述對(duì)零件尺寸和工藝結(jié)構(gòu)的分析可知，絲桿零件存在以下工藝難點(diǎn)：
（１）絲桿最小直徑為 Φ１０ ｍｍ，位于螺紋退刀槽處，長(zhǎng)徑比為３１．５∶１，屬細(xì)長(zhǎng)軸，剛性較差。在車(chē)削加工時(shí)，因受切削力、切削熱和振動(dòng)等作用和影響，極易產(chǎn)生彎曲變形，出現(xiàn)直線度、圓柱度等加工誤差，導(dǎo)致切削加工很困難。
（２）梯 形 螺 紋 Ｔｒ２０×４－７ｈ－Ｌ 為 左 旋 螺 紋，車(chē) 削時(shí)，應(yīng)使用左偏刀沿主軸軸線由卡盤(pán)向尾座方向走刀，或在后置刀具數(shù)控車(chē)床上車(chē)削。
梯形螺紋刀進(jìn)行成型切削時(shí)，切削力較大，容易產(chǎn)生振動(dòng)，使工件受力變形，因而難于加工。
圖１ 車(chē)床尾座絲桿
２ 、數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)
為保證絲桿加工精度，采用“粗車(chē)—精車(chē)”的加工工藝步驟，以下著重討論絲桿加工難點(diǎn)———梯形螺紋加工工藝設(shè)計(jì)。
２．１ 裝夾與定位
為提高絲桿的剛性，采用一夾一頂裝夾方式。工件的一端用三爪卡盤(pán)夾持，軸肩緊靠卡爪外端面，以固定工件的軸向位置，防止發(fā)生軸向竄動(dòng)，另一端以頂尖支撐。
２．２ 選擇刀具
選擇梯形螺紋車(chē)刀，采用 ＳＥＬ２０２０Ｋ２２型機(jī)夾刀桿，安裝２２ＥＬ４．０ＴＲ 型可轉(zhuǎn)位刀片，刀片材料為涂層硬質(zhì)合金，刀尖角為３０°，取左刀尖為編程刀位點(diǎn)。梯形螺紋左偏車(chē)刀如圖２所示。
圖２ 梯形螺紋左偏車(chē)刀
一般情況下，梯形螺紋車(chē)刀有３個(gè)刀刃參與切削，承受的切削力較大，容易崩刃，其加工精度和表面粗糙度不易保證，因此，進(jìn)刀量宜小而均勻。
采用左右切削法可以獲得較理想的切削效果，此時(shí)，應(yīng)在牙槽兩側(cè)邊各留０．１５ｍｍ左右的精車(chē)余量，同時(shí)選擇主切削刃寬度略小于牙槽底寬的刀片，確保能夠進(jìn)行左右切削加工。
２．３ 切削方式
結(jié)合 ＦＡＮＵＣ系統(tǒng) Ｇ 功能的螺紋切削指令，既可以采用螺紋切削復(fù)合循環(huán)指令 Ｇ７６進(jìn)行成型切削加工，也可以采用螺紋切削固定循環(huán)指令 Ｇ９２進(jìn)行左右切削加工。兩種切削加工方法的進(jìn)刀路線和適用場(chǎng)合有所區(qū)別。Ｇ７６成型切削法，刀具沿牙槽一側(cè)邊斜進(jìn)切入，這種進(jìn)刀方法實(shí)際是使該側(cè)副切削刃與工件處于摩擦狀態(tài)，有效地減小了螺紋車(chē)刀承受的切削力反力，適合于小導(dǎo)程梯形螺紋加工。Ｇ９２左右切削法，刀具沿徑向直進(jìn)切入，為避免３個(gè)切削刃同時(shí)切削而產(chǎn)生振動(dòng)，利用用戶宏程序條件循環(huán)指令編程，控制刀具分別向右、向左偏移一個(gè)距離，進(jìn)行螺紋車(chē)削，該方法尤其適合車(chē)削大導(dǎo)程梯形螺紋。
當(dāng)螺紋牙型較深時(shí)，還應(yīng)將螺紋的切深分為多個(gè)切削層，在每個(gè)切削層，當(dāng)?shù)毒哒Ｇ械皆搶拥那猩詈螅偈褂米笥仪邢鞣庸ぢ菁y。
３ 、數(shù)控編程與工件試切
３．１ 成型切削法編程應(yīng)用
Ｇ７６指令編程，成型切削加工梯形螺紋的主要程序如下：
３．２ 左右切削法編程應(yīng)用
Ｇ９２指令編程，左右切削梯形螺紋的主要程序如下：主程序：
應(yīng)用上述兩種編程方法，在精度較高、磨損較少的機(jī)床上進(jìn)行試切加工，并使用千分尺、梯形螺紋樣板、螺紋環(huán)規(guī)及表面粗糙度儀等量具和設(shè)備，對(duì)梯形螺紋的牙型與尺寸進(jìn)行檢驗(yàn)分析。分析結(jié)果表明：應(yīng)用兩種工藝方案加工絲桿零件均為合格；應(yīng)用左右切削法加工尾座絲桿，獲得梯形螺紋尺寸精度較高，牙型兩側(cè)面表面粗糙度值較小，加工質(zhì)量?jī)?yōu)于應(yīng)用成型切削法加工。加工的尾座絲桿如圖３所示。
圖３ 車(chē)床尾座絲桿
４、結(jié)論
在數(shù)控車(chē)床上加工尾座絲桿，顯著提高產(chǎn)了品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，提高了絲桿產(chǎn)品互換性，并大幅度減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。應(yīng)用 Ｇ７６循環(huán)指令成型切削加工絲桿時(shí)，切削效率較高，切削力較大，振動(dòng)大，容易產(chǎn)生腰鼓形誤差和表面振紋；使用 Ｇ９２循環(huán)指令及用戶宏程序編程進(jìn)行左右切削加工時(shí)，每次進(jìn)給切削量小而均勻，但編程難度高，車(chē)削時(shí)間較長(zhǎng)。應(yīng)用左右切削法加工尾座絲桿的梯形螺紋，所獲產(chǎn)品的尺寸精度和表面質(zhì)量顯著優(yōu)于應(yīng)用成型切削法加工的。
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