CNC螺纹切削的进刀方式与进给量

CNC螺纹切削的进刀方式与进给量
摘要:文章详细论述了数控机床上加工螺纹的三种进刀方式和进给量的选择原则。

论述了径向进刀、改进式侧向进刀和交替式进刀的特点,以及适用的切削对象和加工过程中的切屑、刀具磨损、切削状态等情况。

并论述了现代螺纹切削中,两种常用的进刀量的选取方式和计算方法。

关键词:螺纹;进刀方式;进给量
现代数控机床上进行螺纹切削时,螺纹的定位是靠主轴编码器来实现的,因此它的走刀路线是有别于普通车床的。

机床每转一转,刀具向前进一个导程,从而完成螺纹的加工。

每转的进给率和螺距之间的相互协调,可通过CNC机床的固化程序来实现,整个加工过程要经过多次切削完成。

数控机床上主要通过使用可转位刀片来获得高生产率和高生产安全性。

1 螺纹切削的进刀方式
螺纹切削共有三种不同的进刀方式(如图1所示),径向进刀、改进式侧向进刀和交替式进刀。

三种方式都可以完成同一螺纹的加工,但切削时会有所不同,会影响到切屑形成、刀具磨损和表面质量。

在实际生产中,具体选择哪一种切削方式,由机床、工件、材料、刀片槽型和螺距共同决定了进刀方式的选择。

①径向进刀方式。

该方式是被广泛应用的传统方式(如图1中的a所示),刀片的进刀方向与工件主轴垂直,刀片两侧同时参与切削。

形成的切削较生硬,会在成形切削刃的两侧形成V形,刀片两侧的刀具磨损均匀,并可获得软的断屑,和V形切屑,但是刀尖热量较高,刀尖易过载,切屑易积聚。

此方法适合于小螺距螺纹加工,也是淬硬材料(如奥氏体不锈钢)切削加工的首选,但是当用于疏齿距加工时,具有振动风险和较差的切屑控制,应避免。

②改进式侧向进刀。

此加工方式如图1中的b所示,是现代螺纹切削中很有力的加工方式。

在实际生产中,可对CNC机床进行编程,以设定此法。

刀片以小于后角的牙形角进给,与普通车削一样,在进给方向上必须可保证切削点后的后角,切屑控制性能很好,形成扁平卷屑,两个切削刃切入,螺纹可将切屑导出,加工的齿面质量好,加工过程与普通车削非常相似。

刀尖上所产生的热量更少,并且可获得更高的生产安全性。

在加工粗牙螺纹或当接触长度很长时,振动趋势将会很明显,而此种进刀方式可有效降低振动。

对于60°牙形角的螺纹切削,轴向进刀量可以简单地按0.5ap(图2所示)径向进刀量来计算,而对与55°的牙形角,则应以0.42ap(图2所示)径向进刀量进行计算,这样可得到一个比螺纹的牙形角要小约5°的进刀角。

为避免表面粗糙或由于后缘的摩擦而导致过度的后刀面磨损,应使进刀角保持为3～5°,且比螺旋角要小。

③交替式进刀方式。

加工过程如图1中的c所示。

此种加工方式主要用于大
牙形铣削加工,切削时刀片能以不同的增量进入牙形中,先以几次增量对螺纹牙形的一侧进行切削,然后提升刀具,随之以几次增量对螺纹牙形的另一侧进行切削,依次类推直到切削完整个牙形。

这种切削方式,对刀具磨损更为平均,切屑形成良好,能形成扁平卷屑,两个切削刃均衡使用,由此分散磨损,能延长刀具使用寿命,但是要在CNC机床中进行特定编程。

④不同槽型刀片的进刀方式选择。

标准槽型:有倒圆处理的切削刃(如图3所示),这种槽型是大部分工序和材料的首选,能形成良好的切屑,切削刃安全性优良,所需走刀次数少。

补充槽型:有锋利切削刃(如图4所示),在粘性或加工硬材料上干净的进行切削,有利于降低切削力,取得良好的表面质量,很少有积屑瘤产生。

断屑槽型:此种槽型可获得最佳的断屑控制(如图5所示),专为低碳钢和低合金钢的切削进行了优化,仅用于改进式侧向进刀,应使用1°的进刀角。

不同的槽型适用的进刀方式如图6示。

2 螺纹切削的走刀次数和进刀量
走刀次数和进刀量对于螺纹切削工序有决定性的影响。

在大多数现代数控机床上,螺纹切削时,应在螺纹切削周期中,给定总螺纹深度和第一次或最后一次切深。

为了优化刀具寿命,工件直径应不超过螺纹的最大直径0.14 mm,应避免进刀量小于0.05 mm,对于奥氏体不锈钢,进刀量应避免低于0.08 mm,使用立方氮化硼刀片时,最大进刀量应是0.07 mm。

现代螺纹切削中,进刀量的选取方式通常有两种。

①递减式。

可获得不变的切屑面积,这种走刀方式是现代CNC机床最常用的方法,并且也是断屑槽型刀片常采用的走刀方式。

初始进刀量可取0.2~0.35 mm,此值会逐渐降低以0.09~0.02 mm的进给进行精加工,最后一次走刀可以是不进刀的空走刀,这是用于消除切削过程中的反弹。

但使用断屑槽型的刀片不提倡空走刀,因为这样会使排屑变差。

此种方式每次的进刀量可按下述公式计算。

Δdn=×
Δdn为径向进给量,mm;
h1为螺纹总深度,mm;
n为走刀次数;
k为第一次走刀k=0.3;第二次走刀k=1;第三次走刀k=n-1。

例如:螺距为1.5 mm的外螺纹,h1=0.94 mm,6次走刀,求每次进刀量ap。

Δd1=×=0.23 mm, ap=0.23 mm
Δd2=×=0.42 mm,ap=0.42-0.23=0.19 mm
Δd3=×=0.59 mm,ap=0.59-0.42=0.17 mm
Δd4=×=0.73 mm,ap=0.73-0.59=0.14 mm
Δd5=×=0.84mm,ap=0.84-0.73=0.11 mm
Δd6=×=0.94mm,ap=0.94-0.84=0.10 mm
②恒定的进刀量。

可获得最佳的切屑控制和长的刀具寿命,在新型机床上使用的越来越多,通过固定螺纹切削周期中的某一参数,而使切屑厚度恒定,进而最佳化切屑形成,初始值大约为0.18~0.12 mm。

实际值应由上一次走刀(至少应为0.08 mm)的具体值确定。

例如:ISO公制螺纹,螺距2.0 mm。

总的进刀量为1.28 mm,若分10次走刀,则每次走刀量ap=(1.28-0.08)/10=0.12 mm。

上述建议的螺纹加工切削分配次数和进给量,是在好的加工条件下加工中等强度钢时得出的,加工高强度材料时应增加走刀次数,尤其应减小第一刀的切深。

加工条件不同时要相应更改走刀次数,这也适用与悬臂大于 2.5倍刀杆直径时的内螺纹加工。

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