車床尾座絲桿的數(shù)控車削加工工藝分析
2020-11-20 來源：鹽城市經貿高級職業(yè) 鹽城工業(yè)職業(yè)技術 作者：費美扣 王元生
摘要：針對傳統(tǒng)的車床尾座絲桿加工工藝的不足，在分析絲桿零件工藝特點的基礎上，探討了應用 ＦＡＮＵＣ０ｉ－ｍａｔｅ系統(tǒng)數(shù)控車床加工絲桿的兩種車削工藝方案，采用螺紋循環(huán)指令及用戶宏程序編制了梯形螺紋加工程序并進行了試切。結果表明：運用左右切削法編程加工絲桿，顯著提高了絲桿零件的加工質量和生產效率，提高了絲桿產品的互換性，降低了勞動強度。
關鍵詞：車床尾座；絲桿；數(shù)控加工
０ 引言
尾座是臥式車床的重要附件，主要用于安裝頂尖，對長軸類零件定心和夾緊，確保加工精度和表面粗糙度；也可用于安裝麻花鉆或鏜刀刀桿等，完成對工件孔的加工。
市場調研結果顯示，現(xiàn)有臥式車床絕大多數(shù)使用了手動套筒式尾座，該類尾座利用絲桿螺母副傳動機構調整套筒的伸縮行程，實現(xiàn)頂尖夾緊或刀具進。顯而易見，絲桿是影響尾座精度的關鍵零件之一。
傳統(tǒng)的尾座絲桿加工是在通用車床上進行，這種加工方法存在兩方面缺點：一是對機床操作人員的技能要求非常高，產品生產效率較低；二是絲桿產品的尺寸一致性差，后續(xù)加工螺母時需要與絲桿進行配合加工，產品的互換性較差，維修成本高。
本文針對尾座絲桿傳統(tǒng)生產工藝的不足，在詳細分析絲桿工藝難點的基礎上，探討應用ＦＡＮＵＣ?。埃椋恚幔簦逑到y(tǒng)數(shù)控車床的兩種加工方案，并采用螺紋循環(huán)指令及用戶宏程序進行編程和試切加工，以提高絲桿的加工質量和生產效率，提高產品的互換性。
１ 、絲桿工藝性分析
車床尾座絲桿如圖１所示，材料為４５鋼，中小批量生產。
１．１ 零件圖分析
絲桿零 件 長 ３１５±０．２（ｍｍ），最大外圓 Φ３５?。埃埃埃常恚?。加工內容包括外圓、倒角、退刀槽、三角螺紋和梯形螺紋。３處外圓相對于兩端中心孔的圓跳動度小于０．０４０ｍｍ 或０．０２５ｍｍ，２處外圓表面粗糙度為Ｒａ１．６。絲桿上梯形螺紋 Ｔｒ２０×４－７ｈ－Ｌ 是常用的傳動螺紋，公稱直徑為２０ ｍｍ，螺距為４ ｍｍ，中徑公差帶代號為７ｈ，長旋合長度。
梯形螺紋的大徑相對于兩端中心孔的圓跳動度小于 ０．０２５ ｍｍ，螺牙頂面及兩側面表面粗糙度為Ｒａ１．６。
１．２ 加工難點分析
由上述對零件尺寸和工藝結構的分析可知，絲桿零件存在以下工藝難點：
（１）絲桿最小直徑為 Φ１０ ｍｍ，位于螺紋退刀槽處，長徑比為３１．５∶１，屬細長軸，剛性較差。在車削加工時，因受切削力、切削熱和振動等作用和影響，極易產生彎曲變形，出現(xiàn)直線度、圓柱度等加工誤差，導致切削加工很困難。
（２）梯 形 螺 紋 Ｔｒ２０×４－７ｈ－Ｌ 為 左 旋 螺 紋，車 削時，應使用左偏刀沿主軸軸線由卡盤向尾座方向走刀，或在后置刀具數(shù)控車床上車削。
梯形螺紋刀進行成型切削時，切削力較大，容易產生振動，使工件受力變形，因而難于加工。
圖１ 車床尾座絲桿
２ 、數(shù)控加工工藝設計
為保證絲桿加工精度，采用“粗車—精車”的加工工藝步驟，以下著重討論絲桿加工難點———梯形螺紋加工工藝設計。
２．１ 裝夾與定位
為提高絲桿的剛性，采用一夾一頂裝夾方式。工件的一端用三爪卡盤夾持，軸肩緊靠卡爪外端面，以固定工件的軸向位置，防止發(fā)生軸向竄動，另一端以頂尖支撐。
２．２ 選擇刀具
選擇梯形螺紋車刀，采用 ＳＥＬ２０２０Ｋ２２型機夾刀桿，安裝２２ＥＬ４．０ＴＲ 型可轉位刀片，刀片材料為涂層硬質合金，刀尖角為３０°，取左刀尖為編程刀位點。梯形螺紋左偏車刀如圖２所示。
圖２ 梯形螺紋左偏車刀
一般情況下，梯形螺紋車刀有３個刀刃參與切削，承受的切削力較大，容易崩刃，其加工精度和表面粗糙度不易保證，因此，進刀量宜小而均勻。
采用左右切削法可以獲得較理想的切削效果，此時，應在牙槽兩側邊各留０．１５ｍｍ左右的精車余量，同時選擇主切削刃寬度略小于牙槽底寬的刀片，確保能夠進行左右切削加工。
２．３ 切削方式
結合 ＦＡＮＵＣ系統(tǒng) Ｇ 功能的螺紋切削指令，既可以采用螺紋切削復合循環(huán)指令 Ｇ７６進行成型切削加工，也可以采用螺紋切削固定循環(huán)指令 Ｇ９２進行左右切削加工。兩種切削加工方法的進刀路線和適用場合有所區(qū)別。Ｇ７６成型切削法，刀具沿牙槽一側邊斜進切入，這種進刀方法實際是使該側副切削刃與工件處于摩擦狀態(tài)，有效地減小了螺紋車刀承受的切削力反力，適合于小導程梯形螺紋加工。Ｇ９２左右切削法，刀具沿徑向直進切入，為避免３個切削刃同時切削而產生振動，利用用戶宏程序條件循環(huán)指令編程，控制刀具分別向右、向左偏移一個距離，進行螺紋車削，該方法尤其適合車削大導程梯形螺紋。
當螺紋牙型較深時，還應將螺紋的切深分為多個切削層，在每個切削層，當?shù)毒哒Ｇ械皆搶拥那猩詈?，再使用左右切削法加工螺紋。
３ 、數(shù)控編程與工件試切
３．１ 成型切削法編程應用
Ｇ７６指令編程，成型切削加工梯形螺紋的主要程序如下：
３．２ 左右切削法編程應用
Ｇ９２指令編程，左右切削梯形螺紋的主要程序如下：主程序：
應用上述兩種編程方法，在精度較高、磨損較少的機床上進行試切加工，并使用千分尺、梯形螺紋樣板、螺紋環(huán)規(guī)及表面粗糙度儀等量具和設備，對梯形螺紋的牙型與尺寸進行檢驗分析。分析結果表明：應用兩種工藝方案加工絲桿零件均為合格；應用左右切削法加工尾座絲桿，獲得梯形螺紋尺寸精度較高，牙型兩側面表面粗糙度值較小，加工質量優(yōu)于應用成型切削法加工。加工的尾座絲桿如圖３所示。
圖３ 車床尾座絲桿
４、結論
在數(shù)控車床上加工尾座絲桿，顯著提高產了品質量和生產效率，提高了絲桿產品互換性，并大幅度減輕了勞動強度。應用 Ｇ７６循環(huán)指令成型切削加工絲桿時，切削效率較高，切削力較大，振動大，容易產生腰鼓形誤差和表面振紋；使用 Ｇ９２循環(huán)指令及用戶宏程序編程進行左右切削加工時，每次進給切削量小而均勻，但編程難度高，車削時間較長。應用左右切削法加工尾座絲桿的梯形螺紋，所獲產品的尺寸精度和表面質量顯著優(yōu)于應用成型切削法加工的。
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