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數(shù)控車(chē)圓弧螺紋車(chē)削加工方法研究

2020-12-2 來(lái)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(chē)加工一直以來(lái)就是一個(gè)難點(diǎn)。介紹了數(shù)控車(chē)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(kāi)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(xiě)了圓弧螺紋加工通用宏程序。在實(shí)際加工中，對(duì)于不同圓弧螺紋的車(chē)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(chē)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(chē)床; 宏程序; 車(chē)削

0 引言

滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(chē)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(chē)床上加工圓弧螺紋，程序編寫(xiě)較復(fù)雜繁瑣，而且當(dāng)圓弧型螺紋的導(dǎo)程、公稱直徑、長(zhǎng)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(xiě)出圓弧形螺紋加工的通用宏程序模版就可以解決這一問(wèn)題。筆者以 FANUC Series 0i Mate－TD 數(shù)控系統(tǒng)、前置四方刀架、絕對(duì)編碼器( 采用絕對(duì)位置檢測(cè)元件，開(kāi)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(guò)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(chē)加工

本文介紹的圓弧螺紋加工方法分為圓弧螺紋的開(kāi)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(kāi)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(kāi)粗采用

如圖 3 所示的矩形螺紋車(chē)刀進(jìn)行開(kāi)粗。開(kāi)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(kāi)粗程序如表 1 示。

圖 3 矩形螺紋刀

圖 4 開(kāi)粗原理圖

表 1 圓弧螺紋開(kāi)粗程序

采用 VEＲICUT 軟件對(duì)加工程序進(jìn)行仿真驗(yàn)證。VEＲICUT 軟件是美國(guó) CGTECH 公司開(kāi)發(fā)的專(zhuān)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(guò)程中刀具的切削與機(jī)床的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控加工程序的驗(yàn)證。

開(kāi)粗仿真如圖 5 所示，剖面視圖如圖 6 所示。

圖 5 圓弧螺紋開(kāi)粗仿真

圖 6 圓弧螺紋開(kāi)粗后剖面圖

2．2 圓弧螺紋的精加工

精加工采用球形車(chē)刀，具體參數(shù)如圖 7 所示，程序的對(duì)刀點(diǎn)設(shè)在球形車(chē)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(chē)刀半徑值。為了解決第一刀背吃刀過(guò)大的問(wèn)題，將進(jìn)刀軌跡延 X 方向延伸 4 mm 球形車(chē)刀半徑值，如圖 8 所示。

圖 7 精加工球形車(chē)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(kāi)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(duì)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(guò)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(wèn)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(yǔ)

通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證，利用矩形螺紋的加工方式開(kāi)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(kāi)粗過(guò)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(chǎng)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(guò)數(shù)控程序方便的控制開(kāi)粗進(jìn)程，從而做到減少刀具磨損，扎刀、震刀等現(xiàn)象，延長(zhǎng)了刀具的使用壽命。

精加工過(guò)程可以通過(guò)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(duì)于不同圓弧螺紋的車(chē)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(jiǎn)潔，給程序的傳輸與存儲(chǔ)帶來(lái)了很大的方便。本文所研究的方法，對(duì)數(shù)控車(chē)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(chē)削成功，可作為生產(chǎn)實(shí)用。

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