加工中心内螺纹的加工手段
1 . 1 丝锥攻丝加工技术手段
丝 锥 加 工 技术手段是一种较为传统的内螺纹加工方式, 其主要的加工程序便是在加 工 的 过 程 中 , 先 加工出螺纹的底孔, 随后利用丝锥攻出内螺纹的一种加工 手 段 。 丝锥加工手段作为 一种高效的加工手段 , 主要分为手动攻丝和机动攻丝两种形式[ 1 ] 。 机 动 攻 丝 是在数控机床的基础上, 开展的攻丝 技 术 , 并 且 在 当 前机床加工中使用的频率相对较高。 相 比 之 下 , 传 统 手工攻丝技术中, 存在一定的弊端。 在手工攻丝的过程中, 切屑的状态很难控制, 切屑也很难顺利的排出。 此外, 若手动操作中存在问题, 那么便会导致加工表现被划伤。 此外, 手工攻丝也容易造成螺纹孔径过大、 折损的现象, 并且其效率相对较低。
1 . 2 其他攻丝加工技术
除 了 传 统 的丝锥攻丝技术之外 , 还研发出了挤压攻丝技术和高速攻丝技术, 对传统丝锥攻丝技术带来了 一 定 的 冲 击 。 但 是 不 同 攻 丝技术的利弊也是不同的, 在实际选择攻丝技术的过程中 , 还需要结合不同技术的实际利弊开展螺纹攻丝。
针 对 挤 压 攻 丝 技 术 来 说 , 其主要的原理便是利用金属材质受力之后容易发生 塑性变形和流动性的特点 , 在 螺 纹 制 作 的 过 程 中 , 会 在 底 孔 上 , 通 过 挤 压 攻丝技术, 促使金属出现加工螺纹。 但是挤压攻丝技术相比传统的丝锥攻丝技术来说, 具有高效的优势[ 2 ] 。 不仅自身的实际质量过硬, 并且精确度 也 相 对 较 高 , 不 容易发生形变。 但是挤压攻丝技术有 所 弊 端 , 很 难 加工脆性的材质, 并且当前挤压攻丝技术在业界并没有统一 的 标 准 , 需要机床加工企 业结合自身的实际需求 , 进行挤压攻丝设计, 这也造成了挤压攻丝技术的局限性。
针 对 高 速 攻 丝 技 术 来 说 , 是在我国机械技术不断发展的前提上引申出的一种新型的 攻 丝 技 术 。 攻 丝 技术为螺纹加工带来了新的机遇 , 其实际效率相对较 高 。 高速攻丝的技术要点内 容便是高速的丝锥攻丝 , 充分的利用了高速螺旋插补技术和人工挤压切削来实现快速攻丝。 高速攻丝技术和传统攻丝技术都是在丝锥攻丝技术基础上不断进步与发展 的 攻 丝 技 术 。 当 前丝锥攻丝技术的尺寸和类型有所限 制 , 并 且 很 少 能 够生产出直径大于 30mm 的 丝 锥 , 这也导致了快 速 攻 丝技术的发展局限性。 此外, 快速攻丝技术在使用的范围内, 更加要适应于较小螺纹, 很难满足不同行业的实际需求。
2 内螺纹铣削刀的类型
2 . 1 梳形内螺纹铣削刀
梳形内螺纹铣削刀是一 种相对较为常见的铣削刀, 并且在实际数控机床加工的过 程 中 , 所 运用 的 次数相对较多。 在实际开展内螺纹铣 削 的 过 程 中 , 一 般提前确定螺纹底孔, 之后将制作的工件倒立放置使得预留的底孔呈现出倒角, 将梳形内螺纹铣削刀通过退刀切向进刀的手段, 循环的针对制作的工件进行插补工作。 在循环插补之后, 将梳形内螺纹铣削刀退到至工件的中心, 并且退出工件, 这样工件的内螺纹铣削制 作 便 完 成 。 梳形内螺纹铣 削刀在实际使用的过程中, 力度相对较强, 具有一定的高效性。
2 . 2 钻铣内螺纹铣刀
钻 铣 内 螺 纹铣刀是在梳形内螺纹铣刀的基础上创新而来的新型内螺纹铣削工艺, 其主要的进步便是在传统梳形内螺纹铣刀上添加了预钻 的 功 能 。 钻 铣 内 螺纹铣刀在实际开展工件制作的过程 中 , 能 够 有 效 的 避免螺纹铣刀部门刃口参与铣削, 可以有效的降低工件铣削刀开展铣削工作的阻力, 这样有效的避免了工件底孔的损伤现象[ 3 ] 。 此外, 钻铣内螺纹铣刀还能够切实的避免环境和 对 象 的 制 约 , 刀 刃 的 角 度 、 螺 距 、 直 径 和倒角角度等内容 , 可 以 随 着 工件加工的要求进行改变。 钻铣内螺纹铣刀在开展加工的过程中, 首先, 钻铣内螺纹铣刀快速的对工件进行加工 , 钻铣内螺纹铣刀自钻到一定的工件底孔深度的过程 中 , 钻 铣 内 螺 纹 铣刀轴退出工件的同时, 开展工件铁 屑 排 除 , 退 刀 至 螺纹 中 心 , 迅速的将钻铣内螺 纹铣刀轴转向下一个工件。 钻铣内螺纹铣刀的效率相对较 快 , 并 且 能 够 有 效的清除工件的铁屑 , 不 仅 缩 短了工件加工的时间 , 而且能够将复杂的铣削工艺进行简化 , 满足了工件加工的 实 际 需 求 。 但是使用钻铣 内螺纹铣刀的过程中 , 专业要求相对较强。
2 . 3 复合内螺纹铣刀
复 合 内 螺 纹 铣刀与一上述两种螺纹铣刀存在一定的 差 距 , 复合内螺纹铣刀的铣 削工艺在开展的过程中, 是将螺纹铣削与底孔铣削同时进 行 的 , 并 且 工 件螺纹的长度和标准, 需要依靠循环铣 削 进 行 确 定 。 在实际开展复合内螺纹铣刀运行的过程 中 , 首 先 将 复 合内螺纹铣刀靠近工件, 通过循环插补 的 形 式 , 完 成 工件底孔的确定和螺纹的铣削[ 4 ] 。 其次, 进行复合内螺纹铣刀退刀, 并且随着复合内螺纹铣刀的轴向清理出工件 的 铁 屑 。 最 后 , 刀具切入工件铣倒角 , 进 行 退 刀 , 完成工件加工。 复合内螺纹铣刀的实际工序便是依靠插补的形式, 进行工件加工。 在利用复合内螺纹铣刀进行加工的过程中, 加工的时间相对较 长 。 但 是 工 件 的刚性有所保障, 其实际耐用性相对较 强 , 是 一 种 效 率相对较高的铣削工艺。
3 加工中心内螺纹铣削加工工艺选择
3 . 1 螺纹数控铣削机床选择
螺 纹 铣 削 工 作 , 主要是利用数控机床来实现工件铣削工作的, 当数控机床编程完毕之 后 , 工 件 处 理 工序只需要螺纹铣削刀旋转一周, 通过螺纹铣削刀的移动和清除切屑等工序, 便可以完成工 件 处 理 , 铣 削 出工件的所有螺纹 。 在 选 择 数 控 铣削机床的过程中 , 一般需要选择三轴联动铣削机床。
3 . 2 内螺纹铣削刀的选择
内 螺 纹 铣 削 刀 的 种 类 较 多 , 并且不同内螺纹铣削刀的利弊也有所差异。 所以在实际选择内螺纹铣削刀的过程中, 应该结合工件处理的实际 情 况 , 选 择 不 同的内螺纹铣削刀。 首先, 应该结合实际情况, 选择内螺纹铣削刀的齿距, 必须要保障内螺纹铣削刀上沿刀轴线相邻两齿对应两点之间的距离等于被加工螺纹的螺距[ 5 ] 。 其次, 还要保障内螺纹铣削刀的外径小于加工工件螺纹底孔的 80 % 。 最后, 针对螺纹铣刀位轨迹数学模型, 必须要按照公式( 1 ) 进行计算。
( 1 )
螺 纹 铣 刀 位 轨迹数学模型中 α ∈ 【0 , h·2π / P 】, 其中 h 是工件螺纹的 深 度 ; P 为工件螺纹的螺纹距离 ;
xc 、yc 、zc 是 工 件螺纹的位置坐标 ; D 为螺纹铣刀的直径 ; d 为 工件内螺纹的大径或者外螺纹的小径 ; 詛 为 螺纹铣刀的加工余量。
3 . 3 内螺纹铣削走刀步长
在 内 螺 纹 铣 削刀开展实际工作的过程中 , 由 于 不同内螺纹铣削刀的实际工作的 螺旋线存在一定的差异 , 所以必须要通过数控系统 的指令进行插补活动 。由于不同数控系统的指令格式存在一 定 的 差 异 , 所 以在开展数控机床编程的过程中, 必须要对数控机床的各环境进行熟悉。 最大程度上保障数控机床编程的简单化, 确保内螺纹铣削刀运作的直线 插 补 , 并 且 结 合不同工件处理的要求, 精确的保障内螺纹铣削走刀步长。 内螺纹铣削走刀步长一般是由内螺纹铣削刀运行 轨迹决定的, 内螺纹铣削走刀步长决定着工件制作的实际效率。 若内螺纹铣削走刀步长相 对 较 小 , 那 么 在数控机床执行命令的过程中, 会造成速度波动的速率整体下降, 造成了工件处理表面质量 的 下 降 。 若 内 螺纹铣削走刀步长较大, 那么工件处理 的 过 程 中 , 会 造成刀位数据密度相对较小, 其精确度 相 对 较 小 , 螺 纹表现恶化等多种现象。 所以, 确定内螺纹铣削走刀步长是开展螺纹加工的重要内容[ 6 ] 。 想 要 控 制 内 螺 纹 铣削 走 刀步长就必须要针对 α 这一铣削走刀步长变量进行控 制 , 以便于保障铣削走刀步长误差最小 。 当 α 的增量 Δα 很小时, 相邻两刀位点之间的曲 线 可 以 近 似为半径为 r 圆 弧 。 则 误 差 e 与 允 许 误 差 E 之 间 的 关 系数学公式为( 2 )
( 2 )
在 ( 2 ) 这一数据公式中 , r 的 实际意义为螺旋的直径; 其中 E 为工件螺旋加工中最大的误差值。
4 加工中心内螺纹铣削数控机床编程
想 要 保 障 工 件螺纹铣削的实际效率 , 就 必 须 要 严格的结合数控机床的实际性能和实际 工 作 情 况 , 高 效的开展数控机床编程。 例如, 针对工件内螺旋为 M20 ×
1 . 5 进 行 数控机床铣削时 , 已经其工件材料是灰口铸
铁 ; 其螺纹底孔直径 18 . 5mm ; 螺 纹 直 径 20mm ; 内 螺 纹铣 削 刀 长 度 25mm ; 内 螺 纹 距 离 为 1 . 5mm ; 机 加 螺 纹 铣削刀直径为 15mm ; 铣削形式为顺铣削。 其数 控 机 床 编程的内容为:
O001
N10 G90 G00 G57 X0 . Y0 . ; N20 G43 H20 Z0 . M3 S3185 ;
N30 G91 G00 X0 . Y0 . Z - 25 . 343 ; N40 G41 D60 X0 . Y - 8 . 75 Z0 . ;
N50 G02 X10 . Y8 . 75 Z0 . 343 R8 . 828 F119 ; N60 G02 X0 . Y0 . Z1 . 5 I - 10 . J0 . ;
N70 G02 X - 10 . Y8 . 75 Z0 . 343 R8 . 828 ; N80 G00 G40 X0 . Y - 8 . 75 Z0 . ;
N90 G49 G57 G00 Z150 . M5 ; N100 M30
5 结束语
总而言之, 内螺纹铣削加工是非常复杂且统一的工艺, 涉及到的工艺内容也相对较多。 想要有效的保障内螺纹铣削加工的实际效率, 应该结合工件加工的原材料和实际要求, 统筹内螺纹铣削加工的各个工序。 在不断的经验总结和分析当中, 不断研究新型的内螺纹铣削加工工艺, 促进我国加工工艺的不断发展与进步。
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