数控车床较低段转速范围的巧用

陈震华

我国自上世纪80年代以来,电控技术的发展,交流变频无级调速主轴电机使数控机床主传动实现无级调速,解决了直流电机长期运转产生整流火花和电刷磨损的难题。曾为主要动力源的直流调速电机,在多数数控机床主旋转运动中逐渐被交流调速主轴电机取代。根据具体设计要求,一般选用的传动方案: 一是选用内装式主轴电机(即电主轴) 所谓内装式主轴电机。二是选用输出转换型主轴电机,这种既能变频调速,又能切换绕组(即变级)分档变速,使电机本身的调速范围和恒功率区调速范围增大,以满足机床主轴较大变速范围的要求。

一、机床最低稳定转速

目前,人们在计算主轴转速为437r/min以上高速恒功率区域研究较多,而对主轴转速在437r/min以下,却很少有撰文。而主轴的恒转矩区域转矩作用较大,如采用普通高速钢车刀,在这样的转速范围内,能在抑制刀具磨损、改善表面粗糙度、控制积屑瘤生成等方面满足低速大转矩的切削加工要求,而且产品质量也极易控制。一般经皮带传动的小型机床转矩可达到245N·m,中型机床转矩大于490N·m,大型机床达到785-1177N·m。当然,在恒转矩区域内功率随转速降低而减小,实际用的最低转速取决于机床所要求的最小切削功率和电机的额定输出功率。

然而,低速不一定就是低效。尤其是在加工大螺距梯形螺纹时,常常由于加工工艺方面的原因,很少进行梯形螺纹的加工,甚至有人提出在数控车床上不能加工梯形螺纹,显然这种提法是错误的。只要用机夹刀进行合理的工艺分析,使用恰当的加工指令,完全可以在数控车床上加工出合格的梯形螺纹。但刀具采购比较困难(一般需要预订),而且由于主轴转速和螺纹导程都较大,使观察判断较困难,又因为刀具装夹要求和刀柄特性要求很高(特别是内梯形螺纹加工),极易产生振纹,或产生“扎刀”。如果能采用普通高速钢刀具低速切削,制造难度可大为下降。而且由于梯形螺纹导程较大,车削时间影响不大,产品质量极易得到控制和保证。

二、梯形螺纹加工的工艺分析

1.梯形螺纹的尺寸计算

梯形螺纹的代号一般用字母“Tr”及公称直径×螺距表示,单位均为mm。左旋螺纹需在尺寸规格之后加注“LH”,右旋则不用标注。例如Tr36×6,Tr44×8LH等。国标规定,公制梯形螺纹的牙型角为30°。

2.梯形螺纹在数控车床上的加工方法

(1)直进法。螺纹车刀X向间歇进给至牙深处(如图1a)。采用此种方法加工梯形螺纹时,螺纹车刀的三面都参加切削,导致加工排屑困难,切削力和切削热增加,刀尖磨损严重。当进刀量过大时,还可能产生“扎刀”和“爆刀”现象。这种方法数控车床可采用指令G92来实现,但是很显然,这种方法是不可取的。

(2)斜进法。螺纹车刀沿牙型角方向斜向间歇进给至牙深处(如图1b)。采用此种方法加工梯形螺纹时,螺纹车刀始终只有一个侧刃参加切削,从而使排屑比较顺利,刀尖的受力和受热情况有所改善,在车削中不易引起“扎刀”现象。该方法在数控车床上可采用G76指令来实现。

(3)交错切削法。螺纹车刀沿牙型角方向交错间隙进给至牙深(如图1c)。该方法类同于斜进法,也可在数控车床上采用G76指令来实现。

(4)切槽刀粗切槽法。该方法先用切槽刀粗切出螺纹槽(如图1d),再用梯形螺纹车刀加工螺纹两侧面。这种方法的编程与加工在数控车床上较难实现。

3.梯形螺纹的测量

梯形螺纹的测量分综合测量、三针测量、和单针测量三种。综合测量用螺纹规测量,中径的三针测量与单针测量如图2所示。

三、梯形螺纹编程实例

例:如图3所示梯形螺纹,试用G76指令编写加工程序。

计算梯形螺纹尺寸并查表确定其公差;

计算Z向刀具偏置值;在梯形螺纹的实际加工中,由于刀尖宽度并不等于槽底宽,因此通过一次G76循环切削无法正确控制螺纹中径等各项尺寸。为此可采用刀具Z向偏置后再次进行G76循环加工来解决以上问题,为了提高加工效率,最好只进行一次偏置加工,因此必须精确计算Z向的偏置量。

在进行实际加工时,在一次循环结束后,用三针测量实测M值,计算出刀具Z向偏置量,然后在刀长补偿或磨耗存贮器中设置Z向刀偏量,再次用G76循环加工就能一次性精确控制中径等螺纹参数值。

通过实例我们可以得出以下结论,要想在数控机床上采用普通高速钢刀具低速切削加工出质量易得到保证的梯形螺纹,关键是做好如下几点:

第一,采用高速钢刀具低速切削加工导程较大的梯形螺纹,车削时间影响不大,产品质量极易控制, 但必须刃磨正确的刀具几何角度。

第二,合理选择梯形螺纹的加工指令,通常选G76指令。

第三,准确设定G76指令的参数值,这些值通常通过对梯形螺纹的分析计算获得。

第四,根据初步测量得出的中径值,精确计算出Z向刀具偏置值,从而准确控制梯形螺纹的中径值。

第五,内梯形螺纹采用自制45#钢刀柄刀具,更不易引起“扎刀”。

(作者单位:浙江省杭州市轻工技工学校)