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數(shù)控車床螺紋加工工具的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

2017-12-7 來(lái)源：南京航空航天大學(xué) 武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械作者：王恒廠袁愛民趙青羅晟然周勇等

摘要: 簡(jiǎn)述了傳統(tǒng)數(shù)控車床螺紋加工的方法和存在的缺點(diǎn)，提出了新的數(shù)控車床螺紋加工工具設(shè)計(jì)方案，介紹數(shù)控車床螺紋加工工具的工作原理、技術(shù)特點(diǎn)及使用方法，分析了其優(yōu)缺點(diǎn)，通過(guò)實(shí)例進(jìn)行螺紋編程加工，證明該裝置是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、實(shí)用性強(qiáng)的螺紋加工工具。

關(guān)鍵詞: 螺紋加工; 大軸肩; 數(shù)控車床

目前，用數(shù)控車床加工工件的螺紋，一般采用專用的螺紋車刀并通過(guò)程序控制來(lái)進(jìn)行。車削加工螺紋時(shí)，工件所承受的徑向力較大。如果加工工件的螺紋公稱直徑較小且工件長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，因?yàn)闊o(wú)法使用后頂尖裝夾，螺紋車刀對(duì)工件的徑向力容易使工件彎曲、變形，從而使加工件報(bào)［1］。因此數(shù)控車床所加工的螺紋工件，一般公稱直徑較大且長(zhǎng)度較短。當(dāng)需要使用數(shù)控車床加工公稱直徑較小、長(zhǎng)度較長(zhǎng)的工件螺紋時(shí)，常常采取如下方法: 把普通車床的螺紋加工機(jī)構(gòu)放在數(shù)控車床的尾架上，手搖尾架加工螺紋; 或者卸下工件，用板牙架手工方法攻螺紋; 或轉(zhuǎn)到其他專用機(jī)床上加工。

這樣操作需要頻繁裝夾校正工件、啟動(dòng)機(jī)床，整個(gè)工件不能在一次裝夾中最大限度完成所要求加工的工序，加工效率低［2］。另外，用螺紋車刀加工螺紋結(jié)束部分帶有直徑較大軸肩的工件，在螺紋加工結(jié)束退刀時(shí)，由于系統(tǒng)伺服延遲影響，車刀容易碰傷軸肩端面，從而使工件報(bào)廢［3］。為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本文設(shè)計(jì)了一種數(shù)控車床用螺紋加工工具，可以在數(shù)控車床上連續(xù)加工直徑較小、長(zhǎng)度較長(zhǎng)的螺紋工件或在螺紋結(jié)束部分帶有較大直徑軸肩的工件，減少了加工輔助時(shí)間，提高了加工效率。

1 、設(shè)計(jì)原理及實(shí)施方法

本文所設(shè)計(jì)的數(shù)控車床用螺紋加工工具結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

圖 1 螺紋加工工具結(jié)構(gòu)圖

對(duì)照?qǐng)D 1，螺紋加工工具主要由板牙 2、工具體4 和套筒 5 組成。工具體 4 套接在套筒 5 的外側(cè)，兩者可相對(duì)軸向移動(dòng)，板牙 2 通過(guò)緊定螺釘 1 裝夾在套筒 5 的前端。在套筒 5 的周側(cè)沿其軸向設(shè)有導(dǎo)向槽 6，在工具體的周側(cè)沿其徑向旋接一導(dǎo)向螺釘 3，該螺釘延伸到套筒上的導(dǎo)向槽 6 中，使工具體 4 通過(guò)其上旋接的螺釘 3 沿導(dǎo)向槽 6 相對(duì)套筒軸向移動(dòng)而不能作相對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖 2 外螺紋加工結(jié)構(gòu)示意圖

如圖 2 所示，將圖 1 所示的螺紋加工工具裝夾在數(shù)控車床刀架 7 的橫向刀位孔內(nèi)，由刀盤壓緊螺釘壓緊在刀架 7 上，裝夾時(shí)注意將工具體 4 上的導(dǎo)向槽朝下，以便排屑和冷卻液排出。經(jīng)對(duì)刀后，工具體自然地與套筒貼緊。通過(guò)對(duì)車床運(yùn)行程序的設(shè)計(jì)，使刀架 7 的軸向進(jìn)給量 L 略小于被加工零件上螺紋的螺距 P。

螺紋加工開始后，當(dāng)螺紋加工刀具和工件端面接觸時(shí)，由于板牙切入口是有錐度的，工件螺紋切入端也有倒角形成的錐度，二者在切入時(shí)的前幾圈要經(jīng)歷一個(gè)磨合切入階段( 此時(shí)形成工件上的不完整螺紋部分) ，如果此時(shí)刀盤帶動(dòng)螺紋加工工具以 1 倍螺距的走刀速度進(jìn)給，往往形成如下情況:螺紋加工工具上的板牙 2 沿著螺紋加工方向前進(jìn)，開始時(shí)，板牙由于切削力不夠而不能切入工件，此時(shí)板牙容易受到大的擠壓力而損壞。

因此在運(yùn)行程序設(shè)計(jì)中，使車床刀架 7 的軸向進(jìn)給量 L 略小于被加工零件上螺紋的螺距 P。這樣，使板牙能以較緩慢的速度切入工件 8，板牙不易受到大的擠壓力而損壞，從而有效地保護(hù)板牙和螺紋工件切入端牙型［4］。

當(dāng)板牙 2 切入工件 8 后，板牙和套筒按 1 倍螺距 P / 圈的速度運(yùn)動(dòng)，裝夾在刀架7 上的工具體4 則按運(yùn)行程序中所設(shè)計(jì)的略小于 1 倍螺距 P——— 約( 88% ～ 98% ) P / 圈的速度運(yùn)動(dòng)前進(jìn)，套筒及板牙的移動(dòng)速度快于工具體及刀盤的速度，由于套筒受到導(dǎo)向螺釘 3 的制約不能產(chǎn)生周向轉(zhuǎn)動(dòng)，只能快于刀架軸向移動(dòng)，工具體 4 與套筒 5 兩者間產(chǎn)生差動(dòng)，與工具體 4 緊貼的套筒逐漸與工具體分開，套筒上的導(dǎo)向槽朝下安裝，加工時(shí)導(dǎo)向槽不斷露出，冷卻液和細(xì)小切屑便從導(dǎo)向槽中落下。

圖 3 內(nèi)螺紋加工結(jié)構(gòu)示意圖

如圖 3 所示，螺紋加工工具同樣適用于加工內(nèi)螺紋，首先通過(guò)緊定螺釘 1 將絲錐 10 固定裝夾在絲錐夾套 9 上，再用螺釘將絲錐夾套 9 固定在套筒5 的前端。加工過(guò)程與外螺紋相似。

2 、設(shè)計(jì)校核以加工

M10 × 1． 5 普通三角螺紋為例，工件材質(zhì)為45調(diào)質(zhì)鋼，校核螺紋加工工具各組成部分的參數(shù)。

2． 1 板牙的切削速度、轉(zhuǎn)距及功率的計(jì)算

2． 2 工具體強(qiáng)度校核

因此，d ≤ 0． 98D = 0． 98 × 32 = 31． 36( mm) 。取工具體壁厚為 4mm，因此 d = D － 2 × 4 = 32 －8 = 24( mm) 。

因此，工具體截面尺寸彎曲應(yīng)力滿足加工要求，工具體尺寸合格。套筒、絲錐夾套等的設(shè)計(jì)校核計(jì)算與工具體一樣，不再贅述。

3、編程加工實(shí)例

本裝置屬于數(shù)控車床專用夾具，改套筒外形為方形，可以裝夾在數(shù)控車床的四方刀架上，其對(duì)刀方式與麻花鉆鉆孔對(duì)刀方法一致。現(xiàn)以 FANUC系統(tǒng)數(shù)控車床加工螺距 P 為

2mm、螺紋有效長(zhǎng)度為 50mm 的三角螺紋為例( 圖 4) ，編寫程序如下:

圖 4 外螺紋加工圖

4 、結(jié)束語(yǔ)

使用該螺紋加工工具，可以使數(shù)控車床在一次裝夾中連續(xù)完成細(xì)長(zhǎng)軸工件上螺紋的加工，整個(gè)加工過(guò)程操作簡(jiǎn)單，自動(dòng)完成，相比傳統(tǒng)加工方法，裝刀次數(shù)減少，節(jié)省輔助時(shí)間，擴(kuò)大了數(shù)控車床的加工范圍，提高了數(shù)控車床加工細(xì)長(zhǎng)工件或有較大軸肩工件的螺紋質(zhì)量，提高了工作效率，從而有效降低加工成本，減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度。

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