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我国常用的是米制梯形螺纹。

2.梯形螺纹车刀及其几何角度

(1)梯形外螺纹车刀

a、高速钢

车梯形外螺纹时,径向切削力较大,为减小切削力,螺纹车刀分粗车刀和精车刀。

粗车刀:

如图1所示:

图1粗车刀几何角度图

刀尖角应略小于螺纹的牙型角,一般取29º

刀尖宽度应小于牙型槽宽W,一般取2/3W

径向前角取10º

~15º

径向后角取6º

~8º

两侧后角进刀方向(3º

~5º

)+φ

其中:

φ为螺纹升角。

背进刀方向为(3º

)-φ

精车刀:

如图2所示:

图2精车刀几何角度图

刀尖角应等于螺纹的牙型角,一般取30º

刀尖宽度应小于牙型槽宽W,一般取W-0.05

径向前角取0º

两侧后角进刀方向为(5º

φ为螺纹升角

背进刀方向为(5º

b、硬质合金:

如图3所示:

图3硬质合金几何几何角度

刀尖宽度应小于牙型槽宽W,一般取W

径向后角取5º

~6º

两侧后角进刀方向为(3º

(2)梯形内螺纹车刀

梯形内螺纹车刀与三角形内螺纹车刀基本相同,只是刀尖角等于30º

如图4所示:

图4内梯形车刀几何角度

为了增加刀头强度、减小振动,梯形内螺纹车刀的前面应适当磨得低一些。

注意:

(1)车削一般精度的梯形螺纹时,可使用硬质合金梯形螺纹车刀进行高速车削,以提高生产效率。

(2)数控上我们选用硬质合金梯形螺纹车刀加工。

梯形螺纹车刀刃磨的参数:

螺纹的牙型角和牙底槽宽度

3.梯形螺纹车刀的装夹

梯形螺纹车刀对刀示意图图5所示:

图5

应满足:

(1)螺纹车刀刀尖应与工件轴线等高。

(2)两切削刃夹角(刀尖角)的平分线应垂直与工件轴线,装夹时用对刀

样板校正,以免产生螺纹半角误差。

4.梯形螺纹的加工方法

梯形螺纹的加工方法有很多种如直进法,斜进法,交错切削法,切槽刀粗切槽法等如图6所示。

(a)直进法(b)斜进法(c)交错切削法(d)切槽刀粗切槽法

图6梯形螺纹几种加工方法示意图

(1)直进法螺纹车刀X向间歇进给至牙深处(如图a)。

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b)。

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c)。

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d),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。

5.梯形螺纹的参数

梯形螺纹的牙型如图7所示:

图7梯形螺纹牙型示意图

各基本尺寸计算如下表1所示。

表1:

名称

代号

计算公式

牙顶间隙

ac

P

1.5~5

6~12

14~44

0.25

0.5

1

大径

d、D4

d=公称直径,D4=d+ac

中径

d2、D2

d2=d-0.5P,D2=d2

小径

d3、D1

d3=d-2h3,D1=d-p

牙高

h3、H4

h3=0.5P+ac,H4=h3

牙顶宽

f、f′

f=f′=0.366p

牙槽底宽

W、W′

W=W′=0.366p-0.536ac

6.梯形螺纹的检测

(1)综合测量

a、梯形外螺纹

对于精度要求不高的梯形外螺纹,一般采用标准的梯形螺纹量规———螺纹环规进行综合检测。

如图8所示:

图8螺纹环规

检测前,应先检查螺纹的大径、牙型角和牙型半角、螺距和表面粗糙度,然后用螺纹环规检测。

如果螺纹环规通规能顺利拧入工件螺纹,而止规不能拧入,则说明螺纹精度符合要求。

b、梯形内螺纹

内梯形螺纹通常使用标准的梯形螺纹量规———螺纹塞规和小径塞规进行综合检测。

如图9所示:

图9螺纹塞规

检测时,先用小径塞规检测内梯形螺纹小径;

合格后用螺纹塞规检测螺

纹,通端能顺利拧入工件,止端拧不进,说明螺纹合格。

(2)三针测量

三针测量是一种比较精密的检验方法,适合测量精度要求较高、螺纹升角小于4º

的梯形螺纹的中径尺寸。

如图10所示:

图10三针测量示意图

测量时,将3根直径相等、尺寸合适的量针放置在螺纹两侧相对应的螺旋槽中,用千分尺测量两边量针顶点之间的距离M,由M值换算出螺纹中径的实际尺寸。

对于梯形螺纹(30º

),M值的计算公式:

M=d2+4.864dD-1.866P

其中:

d2为螺纹中径尺寸

dD为量针的直径

P为螺纹的螺距

如图11为三针测量数值选择示意图所示:

图11三针测量数值选择示意图

三针测量用的量针直径dD不能太大,必须保证量针截面与螺纹牙侧相切。

也不能太小,否则量针将陷入牙槽中,其顶点低于螺纹牙顶而无法测量。

最佳的量针直径是指量针横截面与螺纹牙侧相切于螺纹中径处的量针直径。

因此对于梯形螺纹(30º

),量针直径的取值范围:

最小值为0.486P

最佳值为0.518P

最大值为0.656P

(3)单针测量

如图12单针测量示意图所示:

图12单针测量示意图

在测量螺距直径和螺距较大的螺纹中径时,用单针测量比用三针测量方便、简单。

测量时,将一根量针放入螺旋槽中,另一侧则以螺纹的大径为基准,用千分尺测量出量针顶点与另一侧螺纹大径之间的距离A。

由A值换算出螺纹中径的实际尺寸。

量针的选择与三针测量相同。

A值的计算公式:

A=1/2(M+dO)

其中:

d0为螺纹大径的实际尺寸

M为三针测量时计算出的M值

7.梯形螺纹的编程指令

(1)Fanuc-0i数控系统

G76螺纹切削循环指令:

图13Fanuc-0i系统指令轨迹示意图

格式:

G76P(m)(r)(a)Q(△dmin)R(d);

G76X(U)_Z(W)_R(i)P(k)Q(d)F(f)

m为精加工重复次数01~99;

r为螺纹尾部倒角量,即螺纹切削退尾处(45º

)的Z向退刀距离。

导程(螺距)由S表示时,可以从0.1S(两位数:

从00~99);

α为刀尖角度)(如图13所示)。

可以

选择80º

、60º

、55º

、30º

、29º

和0º

共6种中的任意一种;

△dmin为最小切削深度,单位:

um;

D为精加工余量,单位:

mm;

X(U)_Z(W)_为螺纹终点坐标;

i为螺纹部分的半径差,i=0则为圆柱螺纹;

k为螺纹牙高,单位:

d为第一次切削的切削深度,单位:

f为导程,如果是单线螺纹,则该值为螺距;

(2)Siemens802D数控系统

螺纹切削循环指令:

CYCLE97(PIT,MPIT,SPL,FPL,DM1,DM2,APP,ROP,TDEP,FAL,IANG,NSP,NRC,NID,VARI,NUMT)

PIT:

螺纹导程

MPIT:

用螺纹大径表示螺距,范围M3~M60

SPL:

螺纹起始点纵向(Z轴)坐标值

FPL:

螺纹终点纵向(Z轴)坐标值

DM1:

螺纹起始点直径

DM2:

螺纹终点直径

APP:

空刀导入量

ROP:

空刀导出量

TDEP:

螺纹切削深度(半径量)

FAL:

精加工余量(半径量)

IANG:

切入进给角

图14螺纹车刀进刀说明

当切入进给角IANG为0º

时,螺纹进刀方式为直进法进刀;

当切入进给角IANG为刀尖角度的一半时,刀具始终沿牙型同一侧(即斜向)进刀;

当切入进给角IANG为负的刀尖角度的一半时,刀具分别沿牙型两侧交错进刀;

(如图14所示。

NSP:

首圈螺纹起始点偏移

NRC:

粗加工切削次数

NID:

停顿次数

VARI:

螺纹加工类型

如图15所示:

图15螺纹加工类型说明

1—外螺纹恒切深进刀3—外螺纹恒切深截面进刀

2—内螺纹恒切深进刀4—内螺纹恒切深截面进刀

NUMT:

螺纹头数

二、结合典型零件分析

如图16,17为件1,件2的零件图所示:

图16件1

图17件2

1梯形螺纹加工工艺分析及参数设定

由于图中毛坯料为45号钢的梯形螺纹Tr40x7-7e,所以车内外梯形螺纹选择高速钢

车刀且径向切削力较大,为减小切削力,螺纹车刀分粗车刀和精车刀。

同时考虑到由于梯形螺纹的牙型较深,车削时如果三条刃同时参与切削,切削力很大,很容易引起振动。

因此对此零件采用斜进法加工。

并针对此梯形螺纹加工工艺具体分析及根据查表和计算出以下参数:

(1)外梯形螺纹

如图18所示:

图18外梯形几何参数示意图

牙顶间隙ac=0.5

大径d=公称直径=40.0-0.425mm(取39.7mm)

中径d2=d-0.5p=40-0.5x7=36.5mm

小径d3=d-2h3=40-2x4=32.0-0.569mm(取31.7mm)

牙高h3=0.5p+ac=0.5x7+0.5=4mm

牙顶宽f=0.366p=0.366x7=2.562mm

牙槽底宽W=0.366p-0.536ac=0.366x7-0.536x0.5=2.294mm

量针的取值范围:

3.402~4.592mm(通常选用4mm量针)

三针测量M值:

M=d2+4.864dD-1.866p

=36.5+4.864x4-1.866x7=42.894-0.125-0.425mm

即三针测量的范围为Φ42.369~Φ42.769mm

外梯形螺纹车刀的牙顶宽为W=2.294mm

(2)内梯形螺纹

如图19内梯形几何参数示意图所示:

图19

大径D4=d+2ac=41mm(取41mm)

中径D2=d2=36.5+0.475=36.975mm

小径D1=d-p=40-7=33+0.56=33.56mm(取33.3mm)

牙高H4=h3=4mm

牙顶宽f′=0.366p=0.366x7=2.562mm

牙槽底宽W′=0.366p-0.536ac=0.366x7-0.536x0.5=2.294mm

内梯形螺纹车刀的牙顶宽为f′=2.562mm

2.梯形螺纹的编程

如表2,3所示

表2:

外梯形螺纹的程序及说明

刀具

T05为外梯形螺纹车刀

程序

段号

FANUC0i系统

SIEMENS802D系统

程序说明

O0002;

SK2.MPF

加工外梯形螺纹程序

N10

G99F0.5;

G95F0.3;

程序开始部分

N20

T0505;

T5D1;

N30

M3S400;

主轴转速400r/min

N40

G0X50Z5M8;

快速定位至循坏起点

N50

G76P020030Q100R0.05;

CYCLE97(7,0,0,-25,40,

40,10,7,4,0.1,15,0,

40,5,1,1)

粗车外梯形螺纹

N60

G76X31.7Z-30P4000Q400F7;

N70

G1X200M9;

退刀

N80

Z300M5;

N90

M0;

程序暂停

N100

换梯形螺纹车刀

N120

N130

N140

40,10,7,4,0,15,0,5,3,1,1)

精车外梯形螺纹

N150

G76X31.7Z-30P4000Q3600F7;

N160

N170

N180

M2;

程序停止

表3:

内梯形螺纹的程序及说明

T06为内梯形螺纹车刀

T0606;

T6D1;

G0X28Z5M8;

G76P020030Q100R-0.05;

CYCLE97(7,0,0,-25,33,

33,10,7,4,0.1,15,0,

40,5,2,1)

粗车内梯形螺纹

G76X41Z-30P4000Q400F7;

33,10,7,4,0,15,0,

5,3,2,1)

精车内梯形螺纹

G76X41Z-30P4000Q3600F7;

3.内外梯形螺纹配合

如图20内外梯形螺纹配合示意图所示:

图20内外梯形螺纹配合示意图

(1)梯形螺纹加工的一般技术要求:

a、内外梯形螺纹的中径必须与基准轴同轴,其大径尺寸小于基本尺寸。

b、内外梯形螺纹的配合以中径定心,因此车削梯形螺纹时必须保证中径尺寸公差。

c、内外梯形螺纹车刀的牙型角要正确。

d、梯形螺纹牙型两侧面的表面粗糙度值要小。

(2)加工步骤:

a、加工件一的外梯形螺纹,采用三针进行检测合格。

修调方法:

Ⅰ将螺纹小径做到尺寸Φ31.8mm(以零件端面处的15º

倒角做参考)

刀具表→磨耗→X负方向修调(减去修调量)

Ⅱ采用4mm量针,三针测量中径尺寸,M值的合格范围Φ42.369~Φ42.769mm

刀具表→磨耗→Z的正方向或者负方向修调

b、加工件一内梯形螺纹修调方法:

Ⅰ将螺纹大径做到尺寸Φ41mm(以零件端面处的15º

刀具表→磨耗→X正方向修调(加上修调量)

Ⅱ将件二的外螺纹与件一的内螺纹相配,直至全部拧进配合为止。

★Z的正负方向的确定:

往螺旋槽侧表面粗糙的一方修调。

★每次修调量确定为0.05mm-0.10mm

★尽量保持朝一个方向修调

三、加工梯形螺纹的几点注意事项

(1)车梯形螺纹时,一定要仔细认真,坚决不能马虎

(2)梯形螺纹精粗车刀的刀头宽度不能相差太大了,不然换刀后会使切削余量到过大,发生崩刀等问题。

(3)对与一些大螺距的螺纹,车削时主轴转速不能过高,需参考机床的最高进给速度,否则会出现让刀现象。

四、总结

通过以上的介绍及典型实例分析我们可以得出结论,在数控机床上能方便地加工出梯形螺纹,且取得了很好的加工结果,也大大地提高加工效率,同时也使我们掌握了有关梯形螺纹加工的知识,也使我们的技术水平有了一个新的起点。

五、参考文献

[1]顾雪艳等编著.机械工业出版社.数控机床编程与操作

[2]陈亚岗,范为军编著.数控机床结构编程与操作

[3]李清新主编.机械工业出版社.伺服系统与机床电气控制

[4]雷学东主编.南京工程学院.数控编程与CAM

[5]彭德荫,艾军主编.车工工艺与技能训练.中国劳动社会保障出社,2001.

[6]张超英,罗学科主编.数控机床加工工艺及编程.高等教育出版社,2003.

[7]冯小平主编.数控机床编程与操作.机械工业出版社,2004.

[8]陈海魁主编.机械基础[M].中国劳动社会保障出版社,2001.

[9]顾颂虞《数控机床编程与操作(技师)》苏州技师学院机电工程系

六、致谢

感谢我的指导老师赵淳老师。

从论文的选题、研究思路、技术路线、研究手段、论文的开题,撰文和修改等过程,无不无不浸透着赵老师的心血和汗水,也蕴含着赵老师对我的深切的关怀。

论文所取得的成果渗透着导师的辛苦,也凝聚着导师的智慧。

在此向他表示真诚的师恩之情。

同时这是我第一次独立的完成一项机械课程设计任务,既让我巩固了理论知识,又锻炼了实际操作能力。

通过这次的课程设计我学到了以下几点:

(1)这次课题设计锻炼了我的理论知识与实际相结合的能力,让我们学会了运用机械设计课程和其他选修课程的理论,结合实际设计中遇到的一般工艺加工问题,将所知识活学活用,并进一步巩固。

(2)掌握了一般机械课程的设计以及常用零部件绘制的方法。

(3)学会了如何运用参考资料,如何进行计算,编程,如何正确使用参考文献、手册标准和规范等。

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