数控车床上加工梯形螺纹
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数控车床上加工梯形螺纹
内容摘要:在数控车床上加工梯形螺纹是一个全新的课题,本文通过对梯形螺纹加工的工艺分析和加工方法的研讨,探索出一套可以在数控车床上加工出合格梯形螺纹的方法
在普通车床的生产实习过程中,加工梯形螺纹课题是最基本的实习课题,但在数控车床实习过程中,常常由于加工工艺方面的原因,却很少进行梯形螺纹的加工练习,甚至有人提出在数控车床上不能加工梯形螺纹,显然这种提法是错误的。
其实,只要工艺分析合理,使用的加工指令得当,完全可以在数控车床上加工出合格的梯形螺纹。
一、梯形螺纹加工的工艺分析
1.梯形螺纹的尺寸计算
梯形螺纹的代号梯形螺纹的代号用字母“Tr”及公称直径×螺距表示,单位均为mm。
左旋螺纹需在尺寸规格之后加注“LH”,右旋则不用标注。
例如Tr36×6,Tr44×8LH等。
国标规定,公制梯形螺纹的牙型角为30°。
梯形螺纹的牙型如图(1),各基本尺寸计算公式如表1-1。
图1 梯形螺纹的牙型
2.梯形螺纹在数控车床上的加工方法
直进法螺纹车刀X向间歇进给至牙深处(如图2a)。
采用此种方法加工梯形螺纹时,螺纹车刀的三面都参加切削,导致加工排屑困难,切削力和切削热增加,刀尖磨损严重。
当进刀量过大时,还可能产生“扎刀”和“爆刀”现象。
这种方法数控车床可采用指令G92来实现,但是很显然,这种方法是不可取的。
斜进法螺纹车刀沿牙型角方向斜向间歇进给至牙深处(如图2b)。
采用此种方法加工梯形螺纹时,螺纹车刀始终只有一个侧刃参加切削,从而使排屑比较顺利,刀尖的受力和受热情况有所改善,在车削中不易引起“扎刀”现象。
该方法在数控车床上可采用G76指令来实现。
交错切削法螺纹车刀沿牙型角方向交错间隙进给至牙深(如图2c)。
该方法类同于斜进法,也可在数控车床上采用G76指令来实现。
切槽刀粗切槽法该方法先用切槽刀粗切出螺纹槽((如图2d),再用梯形螺纹车刀加工螺纹两侧面。
这种方法的编程与加工在数控车床上较难实现。
表1-1 梯形螺纹各部分名称、代号及计算公式
图2 梯形螺纹的几种切削方法
3.梯形螺纹测量
梯形螺纹的测量分综合测量、三针测量、和单针测量三种。
综合测量用螺纹规测量,中径的三针测量与单针测量如图3所示,计算如下:
图3 梯形螺纹中径的测量
M=d
2+4.864d
D
-1.866P (d
D
表示测量用量针的直径,P表示螺距。
)
A=(M+d
0)/2 (此处d
表示工件实际测量外径)
二、梯形螺纹编程实例
例如图4所示梯形螺纹,试用G76指令编写加工程序。
1.计算梯形螺纹尺寸并查表确定其公差
大径d=36 0 –
0.375
;
中径d
2=d-0.5P=36-3=33,查表确定其公差,故d
2
=33–0.118
–0.453
;
牙高h
3=0.5P+ a
c
=3.5;
小径d
3=d-2 h
3
=29,查表确定其公差,故d
3
=29 0 –
0.537
;
牙顶宽f=0.366P=2.196
牙底宽W=0.366P-0.536a
c
=2.196-0.268=1.928
用3.1mm的测量棒测量中径,则其测量尺寸M=d
2+4.864d
D
-1.866P=32.88,根据中径公
差确定其公差,则M=32.88–0.118
–0.453
;
2.编写数控程序
O0308;
G98 G40 G21;
G28 U0 W0;
T0202;
M03 S400;
G00 X37.0 Z3.0;
G76 P020530 Q50 R-0.08; (设定精加工两次,精加工余量为0.16mm,倒角量等于0.5倍螺距,牙型角为30°,最小切深为0.05mm。
)
G76 X28.75 Z-40.0 P3500 Q600 F6.0;(设定螺纹高为3.5mm,第一刀切深为0.6mm。
)
G00 X150.0;
M05;
M30;
以上程序在螺纹切削过程中采用沿牙型角方向斜向进刀的方式,如图2b所示。
在FANUC-0i系统中,有时还可采用如图2c所示交错螺纹切削方式,G76编程如下所示:G76 X28.75 Z-40.0 K3500 D600 F6.0 A30.0 P2;
K:螺纹牙型高度。
D:第一次进给的背吃刀量。
A:牙型角度。
P2:采用交错螺纹切削。
3.计算Z向刀具偏置值
在梯形螺纹的实际加工中,由于刀尖宽度并不等于槽底宽,因此通过一次G76循环切削无法正确控制螺纹中径等各项尺寸。
为此可采用刀具Z向偏置后再次进行G76循环加工来解决以上问题,为了提高加工效率,最好只进行一次偏置加工,因此必须精确计算Z 向的偏置量,Z向偏置量的计算方法如图5所示,计算如下:
设M实测- M理论=2AO
1=δ,则AO
1
=δ/2
如图5所示,四边形O
1O
2
CE为平行四边形,则ΔAO
1
O
2
≌ΔBCE,AO
2
=EB。
ΔCEF为等腰
三角形,则EF=2EB=2AO
2。
AO
2=AO
1
×tan(∠AO
1
O
2
)=tan15°×δ/2
Z向偏置量EF=2AO
2
=δ×tan15°=0.268δ
实际加工时,在一次循环结束后,用三针测量实测M值,计算出刀具Z向偏置量,然后在刀长补偿或磨耗存贮器中设置Z向刀偏量,再次用G76循环加工就能一次性精确控制中径等螺纹参数值。
图5 Z向刀具偏置值的计算
三、结论
通过以上的实例分析我们可以得出结论,要想在数控机床上方便地加工出梯形螺纹,关键是做好如下几点:
1.合理选择梯形螺纹的加工指令,通常选G76指令。
2.准确设定G76指令的参数值,这些值通常通过对梯形螺纹的分析计算获得。
3.根据初步测量得出的中径值,精确计算出Z向刀具偏置值,从而准确控制梯形螺纹
的中径值。
车螺纹简介
将工件表面车削成螺纹的方法称为车螺纹。
螺纹按牙型分有三角螺纹、梯形螺纹、方牙螺纹等(图1)。
其中普通公制三角螺纹应用最广。
图1 螺纹的种类
1. 普通三角螺纹的基本牙型
普通三角螺纹的基本牙型如图2所示,各基本尺寸的名称如下:
图2 普通三角螺纹基本牙型
D—内螺纹大径(公称直径);
d—外螺纹大径(公称直径);
D2 —内螺纹中径;
d2—外螺纹中径;
D1 —内螺纹小径;
d1—外螺纹小径;
P—螺距;
H—原始三角形高度。
决定螺纹的基本要素有三个:
牙型角α螺纹轴向剖面内螺纹两侧面的夹角。
公制螺纹α=60o,英制螺纹α=55o。
螺距P 它是沿轴线方向上相邻两牙间对应点的距离。
螺纹中径D2(d2) 它是平螺纹理论高度H的一个假想圆柱体的直径。
在中径处的螺纹牙厚和槽宽相等。
只有内外螺纹中径都一致时,两者才能很好地配合。
2. 车削外螺纹的方法与步骤
(1)准备工作
1)安装螺纹车刀时,车刀的刀尖角等于螺纹牙型角α=60o,其前角γo=0o才能保证工件螺纹的牙型角,否则牙型角将产生误差。
只有粗加工时或螺纹精度要求不高时,其前角可取γo=5o~20o。
安装螺纹车刀时刀尖对准工件中心,并用样板对刀,以保证刀尖角的角平分线与工件的轴线相垂直,车出的牙型角才不会偏斜。
如图3所示。
图3 螺纹车刀几何角度与用样板对刀
2)按螺纹规格车螺纹外圆,并按所需长度刻出螺纹长度终止线。
先将螺纹外径车至尺寸,然后用刀尖在工件上的螺纹终止处刻一条微可见线,以它作为车螺纹的退刀标记。
3)根据工件的螺距P,查机床上的标牌,然后调整进给箱上手柄位置及配换挂轮箱齿轮的齿数以获得所需要的工件螺距。
4)确定主轴转速。
初学者应将车床主轴转速调到最低速。
(2)车螺纹的方法和步骤
1)确定车螺纹切削深度的起始位置,将中滑板刻度调到零位,开车,使刀尖轻微接触工件表面,然后迅速将中滑板刻度调至零位,以便于进刀记数。
2)试切第一条螺旋线并检查螺距。
将床鞍摇至离工件端面8~10牙处,横向进刀0.05左右。
开车,合上开合螺母,在工件表面车出一条螺旋线,至螺纹终止线处退出车刀,开反车把车刀退到工件右端;停车,用钢尺检查螺距是否正确。
如图4a所示。
3)用刻度盘调整背吃刀量,开车切削,如图4d。
螺纹的总背吃刀量ap与螺距的关系按经验公式ap≈0.65P,次的背吃刀量约0.1左右。
4)车刀将至终点时,应做好退刀停车准备,先快速退出车刀,然后开反车退出刀架。
如图4e。