螺紋的數(shù)控銑削加工
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,。隨著精工加工技術(shù)的發(fā)展,,尤其是三軸聯(lián)動精工加工系統(tǒng)的出現(xiàn),使更先進的螺紋加工方式———螺紋的精工銑削得以實現(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,,且加工時不受螺紋結(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,,但采用精工銑削卻十分容易實現(xiàn),。此外,螺紋銑刀的耐用度是絲錐的十多倍甚至數(shù)十倍,,而且在精工銑削螺紋過程中,,對螺紋直徑尺寸的調(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,, 目前發(fā)達國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,; 鉆削進給量:0.25mm/min;銑削進給量: 0.06mm/齒,;加工時間: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,;⑤位,,螺紋鉆銑刀繞螺紋軸線作X、Y方向插補運動,,同時作平行于軸線的+Z方向運動,,即每繞螺紋軸線運行360°,沿+Z方向上升一個螺距,,三軸聯(lián)動運行軌跡為一螺旋線,;⑥位,螺紋鉆銑刀以圓弧從起始點(也是結(jié)束點)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)動精工機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,但它的螺紋切削刃與絲錐不同,,刀具上無螺旋升程,,加工中的螺旋升程靠機床運動實現(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。缺點是刀具制造成本較高,,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,,價格昂貴。
(2) 機夾螺紋銑刀及刀片
機夾螺紋銑刀適用于較大直徑(如D>25mm)的螺紋加工,。其特點是刀片易于制造,,價格較低,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,。
(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是一刀多刃,, 一次完成多工位加工,可節(jié)省換刀等輔助時間,,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例。工件需加工內(nèi)螺紋,、倒角和平臺d4,。若采用單工位自動換刀方式加工,單件加工用時約30s,。而采用組合式多工位專用螺紋鏜銑刀加工,,單件加工用時僅約5s。
4 螺紋銑削軌跡
螺紋銑削運動軌跡為一螺旋線,,可通過精工機床的三軸聯(lián)動來實現(xiàn),。與一般輪廓的精工銑削一樣,螺紋銑削開始進刀時也可采用1/4圓弧切入或直線切入,。銑削時應(yīng)盡量選用刀片寬度大于被加工螺紋長度的銑刀,,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,。
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,;螺紋長度L=20mm;螺距:P=1.5mm,;機夾螺紋銑刀直徑:D2=19mm,;銑削方式:順銑。
(1) 參數(shù)計算
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,,每齒進給量f=0.1mm,,銑刀切削刃處進給速度F1為
F1=fz×N=0.1×1×2512=251.2mm/min
銑刀中心進給速度F2為
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為
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°
為便于計算, ! 可近似取值為90°,。切入圓弧時的Z軸位移Za為
Za=Pa/360°=1.5×90°/360°=0.375mm
切入圓弧起始點坐標(biāo)為
(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
%
2 螺紋銑削加工實例
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,; 鉆削進給量:0.25mm/min;銑削進給量: 0.06mm/齒,;加工時間: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,;⑤位,,螺紋鉆銑刀繞螺紋軸線作X、Y方向插補運動,,同時作平行于軸線的+Z方向運動,,即每繞螺紋軸線運行360°,沿+Z方向上升一個螺距,,三軸聯(lián)動運行軌跡為一螺旋線,;⑥位,螺紋鉆銑刀以圓弧從起始點(也是結(jié)束點)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)動精工機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,但它的螺紋切削刃與絲錐不同,,刀具上無螺旋升程,,加工中的螺旋升程靠機床運動實現(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。缺點是刀具制造成本較高,,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,,價格昂貴。
(2) 機夾螺紋銑刀及刀片
機夾螺紋銑刀適用于較大直徑(如D>25mm)的螺紋加工,。其特點是刀片易于制造,,價格較低,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,。
(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是一刀多刃,, 一次完成多工位加工,可節(jié)省換刀等輔助時間,,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例。工件需加工內(nèi)螺紋,、倒角和平臺d4,。若采用單工位自動換刀方式加工,單件加工用時約30s,。而采用組合式多工位專用螺紋鏜銑刀加工,,單件加工用時僅約5s。
4 螺紋銑削軌跡
螺紋銑削運動軌跡為一螺旋線,,可通過精工機床的三軸聯(lián)動來實現(xiàn),。與一般輪廓的精工銑削一樣,螺紋銑削開始進刀時也可采用1/4圓弧切入或直線切入,。銑削時應(yīng)盡量選用刀片寬度大于被加工螺紋長度的銑刀,,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,。
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,;螺紋長度L=20mm;螺距:P=1.5mm,;機夾螺紋銑刀直徑:D2=19mm,;銑削方式:順銑。
(1) 參數(shù)計算
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,,每齒進給量f=0.1mm,,銑刀切削刃處進給速度F1為
F1=fz×N=0.1×1×2512=251.2mm/min
銑刀中心進給速度F2為
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為
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°
為便于計算, ! 可近似取值為90°,。切入圓弧時的Z軸位移Za為
Za=Pa/360°=1.5×90°/360°=0.375mm
切入圓弧起始點坐標(biāo)為
(2)螺紋銑削程序(Fanuc系統(tǒng))
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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
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