數(shù)控車圓弧螺紋車削加工方法研究
2020-12-2 來源： 北礦機(jī)電科技有限責(zé)任公司 作者：姚明釗
摘要: 圓弧螺紋數(shù)控車加工一直以來就是一個(gè)難點(diǎn)。介紹了數(shù)控車加工圓弧螺紋的方法與注意事項(xiàng)。以矩形螺紋方式進(jìn)行開粗，圓弧擬合的方式進(jìn)行精加工。以變量參數(shù)化、宏程序?yàn)榛A(chǔ)，編寫了圓弧螺紋加工通用宏程序。在實(shí)際加工中，對于不同圓弧螺紋的車削，只需改變程序中的變量參數(shù)即可，提高了編程效率，保證了圓弧螺紋的加工質(zhì)量。為今后企業(yè)中車削圓弧螺紋提供了有益的參考。
關(guān)鍵詞: 圓弧螺紋; 數(shù)控車床; 宏程序; 車削
0 引言
滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動，或?qū)⒅本€運(yùn)動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動的理想產(chǎn)品。滾珠絲杠上的螺紋區(qū)別于普通螺紋，牙型為圓弧形，屬于異形螺紋。圓弧螺紋在各種異形螺紋加工中最具有普遍性。數(shù)控車床以其高穩(wěn)定性、高精度、高效性，為圓弧螺紋的加工提供了良好的加工基礎(chǔ)，并且得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。
在數(shù)控車床上加工圓弧螺紋，程序編寫較復(fù)雜繁瑣，而且當(dāng)圓弧型螺紋的導(dǎo)程、公稱直徑、長度、螺紋槽深、牙寬圓弧半徑等參數(shù)中任何一值不同時(shí)，就需要重新編制程序。如果能編寫出圓弧形螺紋加工的通用宏程序模版就可以解決這一問題。筆者以 FANUC Series 0i Mate－TD 數(shù)控系統(tǒng)、前置四方刀架、絕對編碼器( 采用絕對位置檢測元件，開機(jī)不用返回參考點(diǎn)) 為例，詳細(xì)介紹了基于宏程序的圓弧螺紋加工方法及宏程序通用模版的建立過程。
1 、圓弧螺紋的基本參數(shù)
圓弧螺紋實(shí)體模型如圖 1 所示，具體參數(shù)如剖面圖 2 所示，圓弧半徑為 10 mm，導(dǎo)程為 40 mm。
圖 1 圓弧螺紋實(shí)體模型
圖 2 圓弧螺紋剖面視圖
2 、圓弧螺紋的數(shù)控車加工
本文介紹的圓弧螺紋加工方法分為圓弧螺紋的開粗與精加工。采用矩形螺紋的加工方法進(jìn)行圓弧螺紋的開粗，采用球刀圓弧擬合的方式完成圓弧螺紋的精加工。
2．1 圓弧螺紋的開粗采用
如圖 3 所示的矩形螺紋車刀進(jìn)行開粗。開圖原理圖如 4 所示。
將螺紋的牙型置于工件的右端，其圓心距離工件右端面為 30 mm，其中剖面線部分為圓弧螺紋粗加工后剩余的材料，即精加工需要去除的材料。矩形螺紋采用層優(yōu)先加工方式，避免了夾刀現(xiàn)象。矩形螺紋開粗程序如表 1 示。
圖 3 矩形螺紋刀
圖 4 開粗原理圖
表 1 圓弧螺紋開粗程序
采用 VEＲICUT 軟件對加工程序進(jìn)行仿真驗(yàn)證。VEＲICUT 軟件是美國 CGTECH 公司開發(fā)的專業(yè)數(shù)控機(jī)床加工仿真軟件，能夠真實(shí)模擬數(shù)控加工過程中刀具的切削與機(jī)床的運(yùn)動過程，實(shí)現(xiàn)對數(shù)控加工程序的驗(yàn)證。
開粗仿真如圖 5 所示，剖面視圖如圖 6 所示。
圖 5 圓弧螺紋開粗仿真
圖 6 圓弧螺紋開粗后剖面圖
2．2 圓弧螺紋的精加工
精加工采用球形車刀，具體參數(shù)如圖 7 所示，程序的對刀點(diǎn)設(shè)在球形車刀的球心。
精加工刀路軌跡在圓弧螺紋的外形的基礎(chǔ)上偏移 4 mm 球形車刀半徑值。為了解決第一刀背吃刀過大的問題，將進(jìn)刀軌跡延 X 方向延伸 4 mm 球形車刀半徑值，如圖 8 所示。
圖 7 精加工球形車刀
圖 8 粗加工原理圖
精加工程序如表 2 所示。螺紋精加工仿真如圖9 所示，剖面視圖如圖 10 所示。開粗與精加工刀路圖如圖 11 所示。
表 2 圓弧螺紋精加工程序
圖 9 圓弧螺紋精加工仿真
圖 10 圓弧螺紋精加工剖面視圖
3 、圓弧螺紋加工的注意事項(xiàng)
精加工圓弧部分的起始角為 360°，終止角為 180°，而不是始角 0°，終止角 180°，這點(diǎn)很關(guān)鍵，需要特別注意。
對于導(dǎo)程特別大的圓弧螺紋，加工時(shí)需要沿螺紋升角的方向進(jìn)刀，并且需要增加螺紋收尾的操作，螺紋收尾可以通過程序?qū)崿F(xiàn)，即每次螺紋切削完成后的退刀操作，務(wù)必不要使用 G00 直接退刀，須要采用 G32 指令以增量坐標(biāo)方式退刀，這樣不但有效避免了刀具退刀時(shí)與工件的干涉問題，而且螺紋收尾美觀。
圖 11 精細(xì)加工仿真刀路圖
4 、結(jié)語
通過實(shí)踐驗(yàn)證，利用矩形螺紋的加工方式開粗，球刀以圓弧擬合的方式進(jìn)行精加工，可以高效、精準(zhǔn)的加工出圓弧螺紋。開粗過程采用同一層不斷借刀、在牙深方向?qū)訉舆f減的方式進(jìn)行削，工藝人員可根據(jù)刀具、工件材質(zhì)、現(xiàn)場實(shí)際切削條件，確定最宜的借刀量與層深切削進(jìn)給量，通過數(shù)控程序方便的控制開粗進(jìn)程，從而做到減少刀具磨損，扎刀、震刀等現(xiàn)象，延長了刀具的使用壽命。
精加工過程可以通過改變圓弧擬合的借刀數(shù)值方便的控制圓弧螺紋加工表面的光潔度。在數(shù)控程序方面，以參數(shù)化、模塊化、宏程序?yàn)榛A(chǔ)，結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)固有指令編制圓弧螺紋加工程序，使程序通用性增強(qiáng)。對于不同圓弧螺紋的車削，只需改變程序中的變量參數(shù)即可，大大提高了編程效率，使程序具有參數(shù)化、模塊化的特點(diǎn)，而且程序短小簡潔，給程序的傳輸與存儲帶來了很大的方便。本文所研究的方法，對數(shù)控車加工圓弧螺紋具有一定的參考價(jià)值，并且方法實(shí)用可靠，在 FANUC Series 0iMate－TD 數(shù)控系統(tǒng)上車削成功，可作為生產(chǎn)實(shí)用 。
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