CN114871457B - 大型船舶轴系液压螺母锯齿形螺纹的加工方法 - Google Patents
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Abstract
大型船舶轴系液压螺母锯齿形螺纹的加工方法，采用合理的直柄圆弧车削刀具X向分层与Z轴借刀相结合的加工方式，将大螺距锯齿形螺纹的加工，分解成很多个牙高较浅的锯齿形螺纹的加工，从而改善切削状态，减小切削抗力，避免了因为使用成型刀加工给机床带来的巨大伤害及安装35°刀片的93°标准外圆车刀因车削打刀而增加的制造成本。本发明采用直柄圆弧车刀，一方面可以实现很高的线切削速度，强化已加工表面，提高表面质量，另一方面可以精确的保留精加工余量，使其尺寸及位置精度达到0.03mm/1000mm以内。
Description
技术领域：
本发明涉及一种大型船舶轴系液压螺母0°/45°锯齿形螺纹车削加工的工艺方法。通过本加工方法可拓展出7°/45°和3°/30°锯齿形螺纹的车削加工方法。
背景技术：
大型船舶轴系液压螺母，是船舶轴系的重要组成部分，其加工质量对船舶的安全稳定运行起到至关重要的作用，其0°/45°锯齿形螺纹的粗加工是难点之一。由于该型螺纹加工没有标准车刀可供选择，因此早期加工中通常使用手工刃磨焊接成型刀来完成螺纹加工，X轴进刀位置固定后，Z轴直线进给车削。随着不断进刀，车刀与工件的接触面积不断增大，切削阻力亦随之增大，极易引起刀具振动，导致“打刀”、“啃刀”、“扎刀”等情况发生。同时采用成型刀车削时产生的巨大切削阻力影响机床滚珠丝杠副精度，严重时能使滚珠丝杠窜动、变形，从而使正在车削的螺纹“乱扣”而报废。另外使用成型刀车削线速度很小，严重影响加工效率。
使用35°车刀片，刀尖角为R0.8mm的93°外圆车刀车削0°、45°锯齿形螺纹，原则上是可以的，但由于其副切削刃与螺纹轮廓的45°面夹角较小，车削时每层第一刀实际上是主切削刃、副切削刃和刀尖角三面吃刀，切去的面积比该层其余各刀大的多，切削力也是最大的，背吃刀量大于0.3mm，切削时就会嘣碎刀片，导致后续工作无法进行。解决方案或是减小每层背吃刀量，这样螺纹的整体车削效率就会变得更低，亦或是编程时把每层第一刀分解成两刀来完成，程序编制工作将变得异常复杂，一般数控车床操作者很难掌握。
发明内容：
本发明针对上述技术上的不足，提供一种大型船舶轴系液压螺母锯齿形螺纹的加工方法，是针对0°/45°锯齿形螺纹粗车加工的方法，该方法能实现较高线速度下精确稳定切削，从而达到极高的形位精度、尺寸精度、表面粗糙度和生产效率。
本发明大型船舶轴系液压螺母锯齿形螺纹的加工方法的技术解决方案是：
a、适用于0°/45°锯齿形螺纹车削加工，螺距P＝12及以上；采用硬质合金机夹圆弧车刀加工，将齿形分成多层切削，车削轨迹为直线、圆弧插补相结合的车削方式。
b、选择车刀圆弧半径为R1.5～2.5mm的涂层硬质合金机夹直柄刀，刀片热硬性好，抗磨能力强，形状尺寸稳定性高，背吃刀量ap可达0.5mm～1mm，大幅度提高加工效率。
c、装刀时刀体与螺纹0°面形成5°～7°夹角，加工时刀具偏置角度d＝5～7°，使刀具角度更合理，减小切削阻力，同时得到更好的排屑效果，铁屑不会挤伤加工面。
d、因为刀尖半径较大，不能像尖刀那样将刀尖看成一个点直接编程刀尖点的轨迹，而车螺纹时又不能使用刀尖半径补偿，因此需通过控制刀尖圆弧的圆心轨迹(假想刀尖点)来确定刀尖所在位置的X、Z坐标值，以此形成需要的加工轮廓；采用R参数变量嵌套循环的编程，能大幅减少程序段数量，使程序便于识读易于掌握。
e、确定刀尖圆弧半径值，绘制螺纹粗车编程用图，使得程序短小简捷，便于识读掌握。绘图时0°面、45°面和牙底面留余量0.2～0.4mm均可。另牙底两侧圆弧角按所选刀尖半径值绘制。刀尖半径值≤R2.5mm时，不影响安装35°刀片R0.8mm刀尖圆弧半径的93°标准外圆车刀的螺纹精车。
f、采用较高的切削线速度160m/min。切削温度低，可完全干切，不用涂抹任何乳化液进行冷却。
g、车刀本体有定位销孔，通过定位销与车刀架本体定位连接。
本发明大型船舶轴系液压螺母锯齿形螺纹的加工方法，还可以采用自制车刀架，刀架为长条状刀架，由上板和下板之间立着的肋板固定连接构成，肋板长度短于上板和下板长度，肋板长度方向两端在上板和下板之间留有空，形成固定车刀的槽，槽的上板带有横向排列的螺孔并配有紧固螺栓，槽的下板带有横向排列的螺孔并配有与车床拖板连接的紧固螺栓，槽的下板还带销孔并配有与车刀连接的定位销。上板带有横向排列的两端螺孔，还和上板纵向的螺孔并配有紧固螺栓构成了纵向排列的螺拴紧固车刀的结构，对应的下板位置也带有销孔并配有与车刀连接的定位销。
使用自制车刀架，长度加长用来满足车削需求，车刀体用四个螺栓上下同时进行紧固，可避免车刀体轴向移动。另外，为避免车刀体径向移动，对车刀体进行改造，增加定位销孔用来连接车刀体与刀架，可增加径向受力，稳定切削。
附图说明：
图1为大型船舶轴系液压螺母锯齿形螺纹的加工方法的车削刀架安装状态三视图的示意图；
图中：1、刀架 2、调整垫块 3、车刀 4、定位销 5、紧固螺栓。
图2为大型船舶轴系液压螺母锯齿形螺纹的加工方法的自制刀架主视图和俯视图的示意图。
图3为大型船舶轴系液压螺母锯齿形螺纹的加工方法的车刀示意图；
图中：31、车刀体 32、圆弧刀片。
图4为大型船舶轴系液压螺母锯齿形螺纹车削走刀示意图。
具体实施方式：
下面结合附图进一步说明本发明的大型船舶轴系液压螺母锯齿形螺纹的加工方法，具体步骤如下：
a、适用于0°/45°锯齿形螺纹车削加工，螺距P＝12及以上；采用硬质合金机夹圆弧车刀加工，将齿形分成多层切削，车削轨迹为直线、圆弧插补相结合的车削方式。选择刀尖圆弧半径。刀尖半径的范围最好控制在R1.5～R2.5mm之间，大于R2.5会因为余量较大对精车带来影响，小于R1.5刀体刚性会变差。实际加工中要根据工件的材质和刚性选择适合的刀尖半径，必要时可通过试切削来确定。原则为较难加工的材质则刀尖半径要选择稍大一些，工件刚性差易振动则刀尖半径要选择小一些。刀架为长条状刀架，由上板和下板之间立着的肋板固定连接构成，肋板长度短于上板和下板长度，肋板长度方向两端在上板和下板之间留有空，形成固定车刀的槽，槽的上板带有横向排列的螺孔并配有紧固螺栓，槽的下板带有横向排列的螺孔并配有与车床拖板连接的紧固螺栓，槽的下板还带销孔并配有与车刀连接的定位销。上板带有横向排列的两端螺孔，还和上板纵向的螺孔并配有紧固螺栓构成了纵向排列的螺拴紧固车刀的结构，对应的下板位置也带有销孔并配有与车刀连接的定位销。
b、装刀时刀体与螺纹0°面形成5°～7°夹角，使刀具角度更合理，减小切削阻力，同时得到更好的排屑效果，铁屑不会挤伤加工面。选择背吃刀量。背吃刀量的选取范围最好控制在0.5～1mm之间。车削难加工材时背吃刀量要相对选小一些。
c、因为刀尖半径较大，不能像尖刀那样将刀尖看成一个点直接编程刀尖点的轨迹，而车螺纹时又不能使用刀尖半径补偿，因此需通过控制刀尖圆弧的圆心轨迹(假想刀尖点)来确定刀尖所在位置的X、Z坐标值，以此形成需要的加工轮廓。采用R参数变量嵌套循环的编程，直径不变的轴向排刀加工槽宽(Z坐标是循环变量)为内层循环，径向尺寸变化的排刀加工槽深(X坐标是循环变量)为外层循环，分别用两个R变量通过两行判断跳转语句实现轴向进刀和径向进刀的嵌套循环加工，能大幅减少程序段数量，使程序便于识读易于掌握。
d、编程基准。径向零点为主轴中心，轴向零点为螺纹0°面。确定刀尖圆弧半径值，绘制螺纹粗车编程用图。绘图时0°面、45°面和牙底面留余量0.2～0.4mm均可。另牙底两侧圆弧角按所选刀尖半径值绘制。刀尖半径值≤R2.5mm时，不影响安装35°刀片R0.8mm刀尖圆弧半径的93°标准外圆车刀的螺纹精车。
e、确定刀尖圆弧半径值，绘制螺纹粗车编程用图，使得程序短小简捷，便于识读掌握。绘图时0°面、45°面和牙底面留余量0.2～0.4mm均可。另牙底两侧圆弧角按所选刀尖半径值绘制。刀尖半径值≤R2.5mm时，不影响安装35°刀片R0.8mm刀尖圆弧半径的93°标准外圆车刀的螺纹精车。
f、采用较高的切削线速度160m/min。切削温度低，可完全干切，不用涂抹任何乳化液进行冷却。
g、车刀本体有定位销孔，通过定位销与车刀架本体定位连接。
编制数控程序。利用三角函数之正切函数Y＝tanX控制各刀轨迹在工件纵剖面内按锥面和0°面排列。锥面为45°时可省略正切值运算(参照附图4)。
设螺纹X向初始值为d1＝螺纹小径-2*0.4
d2＝螺纹大径-2*0.4
锥面角度为θ
N10 M4 S80 F50；主轴反转，转速，进给
N20 T1 D1；调用1号螺纹车刀和1号刀补
N30 G0 X640；
N40 Z0；
N50 R1＝d1；螺纹第一层赋值
N60 R2＝24；螺距赋值
N70 R3＝0.5；每次背吃刀量
N80 R4＝-14.9；第一层Z向起始刀位点
N80 R5＝-0.4；0°面精车值
N90 R7＝0.5；每次Z向借刀量
N100 MA1：R1＝R1+2*R3；改变螺纹加工直径
N110 R4＝R4*R3*TAN(θ)；改变Z向借刀量
N120 R6＝R4；等量替换
N130MA2：Z＝R6；螺纹Z向循环刀位点
N140 X＝R1；螺纹X向循环刀位点
N150 G33 Z-490K＝R2；螺纹车削
N160 G0 X620；刀具X向快速回退点
N170 Z0；刀具Z向快速回退至螺纹起始点
N180 R6＝R6+R7；Z向逐次递进R7
N190 IF R6＜＝R5 GOTOB MA2；条件判断Z值
N200 IF R1＜＝d2 GOTOB MA1；条件判断X值
N210 M2程序结束。
Claims (4)
1.一种大型船舶轴系液压螺母锯齿形螺纹的车削加工方法，其特征在于：
a、适用于0°/45°锯齿形螺纹车削加工，螺距P=12及以上；采用硬质合金机夹圆弧车刀加工，将齿形分成多层切削，车削轨迹为直线、圆弧插补相结合的车削方式；
b、使用刀尖圆弧半径为R1.5mm～2.5mm的直柄圆弧刀，背吃刀量ap可达0.5mm～1mm；
c、装刀时刀体与螺纹0°面形成5°～7°夹角，加工时刀具偏置角度α=5～7°；
d、X向分层Z向借刀方式加工，车削起点为45°面牙顶位置；
e、采用R参数变量嵌套循环的编程，确定刀尖圆弧半径值，绘制螺纹粗车编程用图，采用假想刀尖点通过程序补偿刀尖半径，且利用R参数变量嵌套循环的编程方式；绘图时0°面、45°面和牙底面留余量0.2～0.4mm均可；另牙底两侧圆弧角按所选刀尖半径值绘制；刀尖半径值≤R2.5mm时，不影响安装35°刀片R0.8mm刀尖圆弧半径的93°标准外圆车刀的螺纹精车；采用R参数变量嵌套循环的编程，直径不变的轴向排刀加工槽宽Z坐标是循环变量，为内层循环，径向尺寸变化的排刀加工槽深X坐标是循环变量，为外层循环，分别用两个R变量通过两行判断跳转语句实现轴向进刀和径向进刀的嵌套循环加工，能大幅减少程序段数量，使程序便于识读易于掌握；
f、采用较高的切削线速度160m/min，干切切削；
g、车刀本体有定位销孔，通过定位销与车刀架本体定位连接。
2.如权利要求1所述的大型船舶轴系液压螺母锯齿形螺纹的加工方法，其特征在于：刀架为长条状刀架，由上板和下板之间立着的肋板固定连接构成，肋板长度短于上板和下板长度，肋板长度方向两端在上板和下板之间留有空间，形成固定车刀的槽，槽的上板带有横向排列的螺孔并配有紧固螺栓，槽的下板带有横向排列的螺孔并配有与车刀体连接的紧固螺栓，槽的下板还带销孔并配有与车刀连接的定位销。
3.如权利要求2所述的大型船舶轴系液压螺母锯齿形螺纹的加工方法，其特征在于：上板带有横向排列的两端螺孔，还和上板纵向的螺孔并配有紧固螺栓构成了纵向排列的螺栓紧固车刀的结构，对应的下板位置也带有销孔并配有与车刀连接的定位销。
4.如权利要求1或2或3所述的大型船舶轴系液压螺母锯齿形螺纹的加工方法，其特征在于：利用三角函数之正切函数Y=tanX控制各刀轨迹在工件纵剖面内按锥面和0°面排列。
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