CN116689793A - 一种离心机梯形螺纹牙顶倒角的数控车加工方法 - Google Patents

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23Q11/00Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
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Abstract

一种梯形螺纹牙顶倒角的数控车加工方法,其中包含刀具偏移量的设定、螺纹牙底槽宽与螺纹刀片刀头宽值计算、螺纹牙顶处槽宽计算、螺纹Z向编程偏移值计算等。通过计算定义好的参数做成循环调用。该方法柔性强,使用便捷,适合所有离心机梯形螺纹加工,提升生产质量、稳定性和效率。

Description

一种离心机梯形螺纹牙顶倒角的数控车加工方法
技术领域
本发明属于机械加工技术技术领域,具体涉及一种梯形螺纹牙顶倒角的数控车加工方法。
背景技术
在数控车加工过程中,经常会遇到各种梯形螺纹的加工。而梯形螺纹的牙顶倒角则是为了保证螺纹美观和没有毛刺,在螺纹相互配合锁紧时不会拉伤,从而提高了零件加工的品质。
一般情况下,梯形螺纹多为ISO标准全牙型螺纹,牙形角为30°,可以使用ISO标准梯形螺纹刀片进行加工。带牙顶倒角的刀片为成形刀片,可在螺纹深度加工到位后自动加工出倒角。而短齿梯形螺纹则由于牙形深度比标准梯形螺纹牙形深度浅,使用成型刀片加工时无法加工出牙顶倒角。在普通车床上加工时,可以用45°倒角刀通过小托板调整对刀进行加工,非常方便。而在数控车上加工时,由于牙顶倒角的坐标点计算复杂,在编程过程中很难确定,所以在数控车上加工梯形螺纹的牙顶倒角是比较困难的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种形螺纹牙顶倒角的数控车加工方法,适用于各尺寸梯形螺纹的牙顶倒角的数控车加工,提升加工质量及效率。
本发明提供一种梯形螺纹牙顶倒角的数控车加工方法,包括在螺纹加工时,控制螺纹刀刀尖的起始位置,使其沿着梯形螺纹的牙型轮廓进行进刀,这样就可以在螺纹开始加工时就加工出螺纹牙顶倒角。因此,在程序中给出螺纹的各个参数和各参数之间的关系公式,由程序自动计算出螺纹刀刀尖的起始位置,就可以实现我们的设想。这些参数包括梯形螺纹的大径、导程、中径、牙深、牙顶倒角的大小、加工刀具的刀头宽等参数。
包括如下步骤,
步骤1,根据加工工艺要求及图纸上给出的尺寸,定义在计算过程中用到的参数并通过计算表达式对参数进行计算;
步骤2,根据步骤1中的计算表达式编制程序,将复杂的牙顶倒角程序做成循环指令进行调用;
步骤3,使用步骤2中的循环指令输入步骤1中参数对离心机梯形螺纹牙顶倒角进行加工,通过输入的螺纹类型参数值确定加工的是外螺纹还是内螺纹,当输入值为1时加工外螺纹,输入值为2时加工内螺纹;并将编辑完成的循环子程序放入系统中进行循环加工。
进一步的,所述步骤1中的参数包括DIM:螺纹大径,实数类型;KK:螺纹导程,实数类型;MD:螺纹中径,实数类型;SPZ:螺纹的Z向起点,实数类型;FPZ:螺纹的Z向终点,实数类型;DEP:螺纹的牙深,实数类型;CONER:螺纹的牙顶倒角大小,实数类型;COUNT:切削时分层数,整数类型;_SD:退刀量,实数类型;_TW:螺纹刀的刀头宽,实数类型;_VIR:螺纹类型参数。
进一步的,所述步骤3中,首先判断切削深度,当切削深度小于螺纹小径时,结束当前循环,当切削深度大于螺纹小径时当螺纹牙顶处槽宽大于螺纹大径时,执行外螺纹加工程序。
进一步的,计算刀具偏移量,根据计算出的刀具偏移量和螺纹牙底槽宽与刀头宽的差值设定刀具起始点:即刀具左偏移量和刀具右偏移量,根据两点依序进行螺纹加工;
若牙顶处槽宽小于2.1倍刀头宽,则结束一层切削;
若牙顶处槽宽小于2.9倍刀头宽,则在牙型槽中间处增加一刀;
若牙顶处槽宽大于2.9倍刀头宽,则牙型槽中间处增加两刀。
进一步的,使用齿厚卡尺或齿厚千分尺进行测量,以精确控制螺纹中径处齿厚值,再通过螺纹刀的刀头宽参数TW进行调整,即TW变大,齿厚增加;反之,则齿厚减小。
进一步的,调用程序上述步骤2的循环指令,便可完成梯形螺纹牙顶倒角的加工。
进一步的,使用宏程序编写循环并进行调用。
本发明的有益效果为:本发明是对碟式离心机梯形螺纹牙顶倒角的数控车加工方法。该方法柔性较强,适合现行产品所有梯形螺纹牙顶倒角的应用,该方法可靠性好、操作便捷。它简化了编程工作量,提高了工作效率,且加工出的螺纹质量稳定,可靠。减轻了操作人员编程时的负担,提高了工效。该方法改变了传统梯形螺纹加工中的金属切削方式,从传统的三刃或两刃切削变为单刃切削,大幅改善了切削加工过程中的切削受力情况,使得切削更加轻快,切削力大幅减小,切削过程中排屑更加顺畅,能够大幅提高螺纹刀具的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的梯形螺纹牙顶倒角起刀位置示意图;
图2为本发明的梯形螺纹牙顶倒角参数计算示意图。
具体实施方式
请参阅附图。
以加工外螺纹为例。首先定义一些在计算过程中用到的参数,具体说明如下:
DIM:螺纹大径 KK:螺纹导程
MD:螺纹中径 DEP:螺纹的牙深
CONER:螺纹牙顶倒角 COUNT:切削层数
_TW:螺纹刀的刀头宽 TMP1:螺纹小径
TMP:螺纹分层切削时的直径值,变量 _TOF1:螺纹牙底槽宽与刀头宽的差值
TMP2:螺纹牙顶处的槽宽
设刀具的偏移量为:_TOF,这是一个变量值,其大小根据刀尖切削直径的变化而变化。
在切削直径大于DIM-2*CONER时,_TOF参数的算式如下:
_TOF=(TMP-TMP1)/2*TAN(15)+(TMP-(DIM-CONER*2))/2;
在切削直径小于DIM-2*CONER时,_TOF参数的算式如下:
_TOF=(TMP-TMP1)/2*TAN(15)。
考虑到标准梯形螺纹刀片的刀尖圆角为0.2~0.3mm,在计算偏移量时加入一个经验偏移补偿值,该值取0.15mm。此时,加工出的螺纹在中径处的齿厚一般为-0.1~-0.15mm。因此,螺纹牙底槽宽与刀头宽的差值——_TOF1的算式如下:
_TOF1=KK/2-(MD-TMP1)*TAN(15)-_TW+.15
螺纹牙顶处槽宽——TMP2的算式如下:
TMP2=(DIM-MD)*TAN(15)+KK/2
因此,实际加工时的偏移量为+/-(_TOF+_TOF1/2),使用西门子零点偏移指令TRANS进行编程即可得到螺纹Z向的偏移,编程如下:
TRANS Z=-(_TOF+_TOF1/2)
或TRANS Z=_TOF+_TOF1/2
有了上述这些计算表达式,就可以开始编制程序了。为了简化编程,方便编程人员使用,可以将这一程序做成循环进行调用。因此,需要定义一些循环程序的传递参数(一些初始计算时需要输入的参数),根据加工需要以及图纸上通常给出的尺寸,定义如下一些循环传递参数:
DIM:螺纹大径,实数类型 KK:螺纹导程,实数类型
MD:螺纹中径,实数类型 SPZ:螺纹的Z向起点,实数类型
FPZ:螺纹的Z向终点,实数类型 DEP:螺纹的牙深,实数类型
CONER:螺纹的牙顶倒角大小,实数类型 COUNT:切削时分层数,整数类型
_SD:退刀量,实数类型 _TW:螺纹刀的刀头宽,实数类型
_VIR:螺纹类型参数,整数类型,=1时加工外螺纹,=其它值时加工内螺纹
循环程序的逻辑关系(加工过程)如下:
1、先通过西门子840D循环程序的定义设定如下循环调用指令
PROC G_86(REAL DIM,REAL KK,REAL MD,REAL SPZ,REAL FPZ,REAL DEP,REALCONER,INT COUNT,REAL_SD,REAL_TW,INT_VIR)
DISPLOF SAVE;SBLOF
其中PROC为840D循环定义的关键字;G_86为循环名称;括号内为定义的循环传递参数,前面的字符为数据类型,后面的字符为参数名称,中间用空格字符隔开,每一个参数之间用逗号分隔,REAL为实数类型,INT为整数类型。
2、定义循环计算过程中需要用到的一些临时参数
DEF REAL STEP,_SD1,TMP,TMP1,TMP2,_TOF,_TOF1
DEF INT CC
计算加工时的每层切深(即每一刀的切削厚度):
STEP=DEP/COUNT,
计算螺纹的小径:TMP1=DIM-DEP*2,
如果退刀量参数_SD输入为0,则设置为默认值1mm,以保证退刀安全。
设定循环加工的初始参数。
3、进行螺纹加工
首先通过输入的VIR参数值确定加工的是外螺纹还是内螺纹,值为1时加工外螺纹,值为2时加工内螺纹。输入其它值输出出错信息。
a、当VIR参数值为1时,进行外螺纹加工
切深变量赋初值:TMP=DIM
计算退刀量坐标值:_SD1=DIM+_SD*2
标志1:进行切削深度判断,当切削深度小于螺纹小径时,结束当前循环;
当切削深度大于螺纹小径时,执行以下操作:
计算螺纹牙底槽宽与刀头宽的差值:_TOF1=KK/2-(MD-DIM)*TAN(15)-_TW+.15
计算牙顶处槽宽:TMP2=(DIM-MD)*TAN(15)+KK/2
当TMP2>DIM时,执行外螺纹加工程序。计算刀具偏移量:_TOF=(TMP-TMP1)/2*TAN(15)+(TMP-(DIM-CONER*2))/2,根据计算出的刀具偏移量_TOF和螺纹牙底槽宽与刀头宽的差值_TOF1,使用西门子的TRANS指令设定刀具起始点:刀具左偏移TRANS Z=-(_TOF+_TOF1/2)和刀具右偏移TRANS Z=-(_TOF+_TOF1/2),从此两点依序进行螺纹加工。
如果牙顶处槽宽小于2.1倍刀宽,结束一层切削;
如果牙顶处槽宽小于2.9倍刀宽,在牙型槽中间处增加一刀;
如果牙顶处槽宽大于2.9倍刀宽,在牙型槽中间处增加两刀。
注:本循环程序是根据我司零件的实际情况编制,通常加工螺距为4mm、6mm、8mm,12mm,最大加工螺距为16mm,且均为短齿螺纹,牙深通常为2.5~4.4mm。当加工螺距8mm以上螺纹时,使用的刀具为山特维克8mm梯形螺纹刀片,刀头宽度约为2.8mm,切深4.45mm;螺距6mm螺纹,使用的刀具为山特维克6mm梯形螺纹刀片,刀头宽度约为1.9mm,切深3.6mm。
当加工完成一刀以后,进行切削深度递进迭代TMP=TMP-STEP*2。
返回标志1处。
b、当VIR参数值为2时,进行内螺纹加工,其加工过程于加工外螺纹相似,在此不再赘述。
当以上判断全部执行完成以后,整个循环程序结束。
4、将编辑完成的循环子程序G_86放入西门子系统(840D、802D、828D)用户循环目录下,其调用方法与系统提供的标准循环的调用方法相同。在使用循环加工时,需注意以下几点:
a.如果需要精确控制中径处齿厚值,可以使用齿厚卡尺或齿厚千分尺进行测量,再通过刀头宽参数_TW调整。即_TW变大,齿厚增加;反之,则齿厚减小。
b.此循环在使用螺距8mm的标准梯形螺纹刀片的情况下,可加工的最大螺距大约为18mm。
例如:要加工Tr400x12的左旋短齿外螺纹,螺纹大径为中径为/>牙深为3.5,起点坐标10,终点坐标-50,齿顶倒角0.5,共分28层切削,退刀距离5mm。采用山特维克标准ISO全牙型8mm螺距梯形螺纹刀片,刀头宽可通过刀具样本查得为2.64mm,最大切深为4.54mm。工件材料为20Cr13,切削速度我们选择120m/min,换算后可得主轴转速为96rpm可编程如下:
T1 M6;选择T1号刀
G97 S96 M3 M7;设定恒切削速度96rpm,正转,冷却液开。
G0 X410 Z10 D1;快速移到起刀点,选择D1号刀补。
G_86(399.8,12,396.8,10,-50,3.5,0.5,28,5,2.64,1);调用G_86螺纹循环
G0 Z50
G0 X600 Z300;退刀。
M30;程序结束。
该循环程序已在我公司的两台西门子系统的车削中心上使用了一年多,实践证明,该循环的可靠性和易用性都很好。它简化了我们的编程工作量,提高了工作效率,且加工出的螺纹质量稳定,可靠。最近,该循环又被改写为法拉克指令,在我公司的几台法拉克0i系统的数控车上使用,取得了很好的效果,减轻了操作人员编程时的负担,提高了工效。
而对于一些螺距较大的螺纹,如螺距在10~16mm的梯形螺纹,我们也可以使用机夹割刀来加工。只要满足割刀宽度小于梯形螺纹的牙底宽,同时割刀的切深大于螺纹的牙深,此循环就能适用。这样,就拓宽了加工螺纹时的刀具适用范围,提高了螺纹加工时此循环使用的灵活性。

Claims (7)

1.一种离心机梯形螺纹牙顶倒角的数控车加工方法,其特征在于:包括如下步骤,
步骤1,根据加工工艺要求及图纸上给出的尺寸,定义在计算过程中用到的参数并通过计算表达式对参数进行计算;
步骤2,根据步骤1中的计算表达式编制程序,将复杂的牙顶倒角程序做成循环指令进行调用;
步骤3,使用步骤2中的循环指令输入步骤1中参数对离心机梯形螺纹牙顶倒角进行加工,通过输入的螺纹类型参数值确定加工的是外螺纹还是内螺纹,当输入值为1时加工外螺纹,输入值为2时加工内螺纹;并将编辑完成的循环子程序放入系统中进行循环加工。
2.根据权利要求1所述的一种离心机梯形螺纹牙顶倒角的数控车加工方法,其特征在于:所述步骤1中的参数包括DIM:螺纹大径,实数类型;KK:螺纹导程,实数类型;MD:螺纹中径,实数类型;SPZ:螺纹的Z向起点,实数类型;FPZ:螺纹的Z向终点,实数类型;DEP:螺纹的牙深,实数类型;CONER:螺纹的牙顶倒角大小,实数类型;COUNT:切削时分层数,整数类型;_SD:退刀量,实数类型;_TW:螺纹刀的刀头宽,实数类型;_VIR:螺纹类型参数。
3.根据权利要求1所述的一种离心机梯形螺纹牙顶倒角的数控车加工方法,其特征在于:所述步骤3中,首先判断切削深度,当切削深度小于螺纹小径时,结束当前循环,当切削深度大于螺纹小径时当螺纹牙顶处槽宽大于螺纹大径时,执行外螺纹加工程序。
4.根据权利要求3所述的一种离心机梯形螺纹牙顶倒角的数控车加工方法,其特征在于:计算刀具偏移量,根据计算出的刀具偏移量和螺纹牙底槽宽与刀头宽的差值设定刀具起始点:即刀具左偏移量和刀具右偏移量,根据两点依序进行螺纹加工;
若牙顶处槽宽小于2.1倍刀头宽,则结束一层切削;
若牙顶处槽宽小于2.9倍刀头宽,则在牙型槽中间处增加一刀;
若牙顶处槽宽大于2.9倍刀头宽,则牙型槽中间处增加两刀。
5.根据权利要求1所述的一种离心机梯形螺纹牙顶倒角的数控车加工方法,其特征在于:使用齿厚卡尺或齿厚千分尺进行测量,以精确控制螺纹中径处齿厚值,再通过螺纹刀的刀头宽参数_TW进行调整,即_TW变大,齿厚增加;反之,则齿厚减小。
6.根据权利要求1所述的一种离心机梯形螺纹牙顶倒角的数控车加工方法,其特征在于:调用程序上述步骤2的循环指令,便可完成梯形螺纹牙顶倒角的加工。
7.根据权利要求6所述的一种离心机梯形螺纹牙顶倒角的数控车加工方法,其特征在于:使用宏程序编写循环并进行调用。
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