數(shù)控車床較低段轉(zhuǎn)速范圍的巧用

陳震華

我國自上世紀(jì)80年代以來,電控技術(shù)的發(fā)展,交流變頻無級(jí)調(diào)速主軸電機(jī)使數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速,解決了直流電機(jī)長期運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生整流火花和電刷磨損的難題。曾為主要?jiǎng)恿υ吹闹绷髡{(diào)速電機(jī),在多數(shù)數(shù)控機(jī)床主旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中逐漸被交流調(diào)速主軸電機(jī)取代。根據(jù)具體設(shè)計(jì)要求,一般選用的傳動(dòng)方案: 一是選用內(nèi)裝式主軸電機(jī)(即電主軸) 所謂內(nèi)裝式主軸電機(jī)。二是選用輸出轉(zhuǎn)換型主軸電機(jī),這種既能變頻調(diào)速,又能切換繞組(即變級(jí))分檔變速,使電機(jī)本身的調(diào)速范圍和恒功率區(qū)調(diào)速范圍增大,以滿足機(jī)床主軸較大變速范圍的要求。

一、機(jī)床最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速

目前,人們?cè)谟?jì)算主軸轉(zhuǎn)速為437r/min以上高速恒功率區(qū)域研究較多,而對(duì)主軸轉(zhuǎn)速在437r/min以下,卻很少有撰文。而主軸的恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域轉(zhuǎn)矩作用較大,如采用普通高速鋼車刀,在這樣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),能在抑制刀具磨損、改善表面粗糙度、控制積屑瘤生成等方面滿足低速大轉(zhuǎn)矩的切削加工要求,而且產(chǎn)品質(zhì)量也極易控制。一般經(jīng)皮帶傳動(dòng)的小型機(jī)床轉(zhuǎn)矩可達(dá)到245N·m,中型機(jī)床轉(zhuǎn)矩大于490N·m,大型機(jī)床達(dá)到785-1177N·m。當(dāng)然,在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域內(nèi)功率隨轉(zhuǎn)速降低而減小,實(shí)際用的最低轉(zhuǎn)速取決于機(jī)床所要求的最小切削功率和電機(jī)的額定輸出功率。

然而,低速不一定就是低效。尤其是在加工大螺距梯形螺紋時(shí),常常由于加工工藝方面的原因,很少進(jìn)行梯形螺紋的加工,甚至有人提出在數(shù)控車床上不能加工梯形螺紋,顯然這種提法是錯(cuò)誤的。只要用機(jī)夾刀進(jìn)行合理的工藝分析,使用恰當(dāng)?shù)募庸ぶ噶?完全可以在數(shù)控車床上加工出合格的梯形螺紋。但刀具采購比較困難(一般需要預(yù)訂),而且由于主軸轉(zhuǎn)速和螺紋導(dǎo)程都較大,使觀察判斷較困難,又因?yàn)榈毒哐b夾要求和刀柄特性要求很高(特別是內(nèi)梯形螺紋加工),極易產(chǎn)生振紋,或產(chǎn)生“扎刀”。如果能采用普通高速鋼刀具低速切削,制造難度可大為下降。而且由于梯形螺紋導(dǎo)程較大,車削時(shí)間影響不大,產(chǎn)品質(zhì)量極易得到控制和保證。

二、梯形螺紋加工的工藝分析

1.梯形螺紋的尺寸計(jì)算

梯形螺紋的代號(hào)一般用字母“Tr”及公稱直徑×螺距表示,單位均為mm。左旋螺紋需在尺寸規(guī)格之后加注“LH”,右旋則不用標(biāo)注。例如Tr36×6,Tr44×8LH等。國標(biāo)規(guī)定,公制梯形螺紋的牙型角為30°。

2.梯形螺紋在數(shù)控車床上的加工方法

(1)直進(jìn)法。螺紋車刀X向間歇進(jìn)給至牙深處(如圖1a)。采用此種方法加工梯形螺紋時(shí),螺紋車刀的三面都參加切削,導(dǎo)致加工排屑困難,切削力和切削熱增加,刀尖磨損嚴(yán)重。當(dāng)進(jìn)刀量過大時(shí),還可能產(chǎn)生“扎刀”和“爆刀”現(xiàn)象。這種方法數(shù)控車床可采用指令G92來實(shí)現(xiàn),但是很顯然,這種方法是不可取的。

(2)斜進(jìn)法。螺紋車刀沿牙型角方向斜向間歇進(jìn)給至牙深處(如圖1b)。采用此種方法加工梯形螺紋時(shí),螺紋車刀始終只有一個(gè)側(cè)刃參加切削,從而使排屑比較順利,刀尖的受力和受熱情況有所改善,在車削中不易引起“扎刀”現(xiàn)象。該方法在數(shù)控車床上可采用G76指令來實(shí)現(xiàn)。

(3)交錯(cuò)切削法。螺紋車刀沿牙型角方向交錯(cuò)間隙進(jìn)給至牙深(如圖1c)。該方法類同于斜進(jìn)法,也可在數(shù)控車床上采用G76指令來實(shí)現(xiàn)。

(4)切槽刀粗切槽法。該方法先用切槽刀粗切出螺紋槽(如圖1d),再用梯形螺紋車刀加工螺紋兩側(cè)面。這種方法的編程與加工在數(shù)控車床上較難實(shí)現(xiàn)。

3.梯形螺紋的測量

梯形螺紋的測量分綜合測量、三針測量、和單針測量三種。綜合測量用螺紋規(guī)測量,中徑的三針測量與單針測量如圖2所示。

三、梯形螺紋編程實(shí)例

例:如圖3所示梯形螺紋,試用G76指令編寫加工程序。

計(jì)算梯形螺紋尺寸并查表確定其公差;

計(jì)算Z向刀具偏置值;在梯形螺紋的實(shí)際加工中,由于刀尖寬度并不等于槽底寬,因此通過一次G76循環(huán)切削無法正確控制螺紋中徑等各項(xiàng)尺寸。為此可采用刀具Z向偏置后再次進(jìn)行G76循環(huán)加工來解決以上問題,為了提高加工效率,最好只進(jìn)行一次偏置加工,因此必須精確計(jì)算Z向的偏置量。

在進(jìn)行實(shí)際加工時(shí),在一次循環(huán)結(jié)束后,用三針測量實(shí)測M值,計(jì)算出刀具Z向偏置量,然后在刀長補(bǔ)償或磨耗存貯器中設(shè)置Z向刀偏量,再次用G76循環(huán)加工就能一次性精確控制中徑等螺紋參數(shù)值。

通過實(shí)例我們可以得出以下結(jié)論,要想在數(shù)控機(jī)床上采用普通高速鋼刀具低速切削加工出質(zhì)量易得到保證的梯形螺紋,關(guān)鍵是做好如下幾點(diǎn):

第一,采用高速鋼刀具低速切削加工導(dǎo)程較大的梯形螺紋,車削時(shí)間影響不大,產(chǎn)品質(zhì)量極易控制, 但必須刃磨正確的刀具幾何角度。

第二,合理選擇梯形螺紋的加工指令,通常選G76指令。

第三,準(zhǔn)確設(shè)定G76指令的參數(shù)值,這些值通常通過對(duì)梯形螺紋的分析計(jì)算獲得。

第四,根據(jù)初步測量得出的中徑值,精確計(jì)算出Z向刀具偏置值,從而準(zhǔn)確控制梯形螺紋的中徑值。

第五,內(nèi)梯形螺紋采用自制45#鋼刀柄刀具,更不易引起“扎刀”。

(作者單位:浙江省杭州市輕工技工學(xué)校)