車床尾座絲桿的數控車削加工工藝分析
2020-11-20 來源：鹽城市經貿高級職業 鹽城工業職業技術 作者：費美扣 王元生
摘要：針對傳統的車床尾座絲桿加工工藝的不足，在分析絲桿零件工藝特點的基礎上，探討了應用 ＦＡＮＵＣ０ｉ－ｍａｔｅ系統數控車床加工絲桿的兩種車削工藝方案，采用螺紋循環指令及用戶宏程序編制了梯形螺紋加工程序并進行了試切。結果表明：運用左右切削法編程加工絲桿，顯著提高了絲桿零件的加工質量和生產效率，提高了絲桿產品的互換性，降低了勞動強度。
關鍵詞：車床尾座；絲桿；數控加工
０ 引言
尾座是臥式車床的重要附件，主要用于安裝頂尖，對長軸類零件定心和夾緊，確保加工精度和表面粗糙度；也可用于安裝麻花鉆或鏜刀刀桿等，完成對工件孔的加工。
市場調研結果顯示，現有臥式車床絕大多數使用了手動套筒式尾座，該類尾座利用絲桿螺母副傳動機構調整套筒的伸縮行程，實現頂尖夾緊或刀具進。顯而易見，絲桿是影響尾座精度的關鍵零件之一。
傳統的尾座絲桿加工是在通用車床上進行，這種加工方法存在兩方面缺點：一是對機床操作人員的技能要求非常高，產品生產效率較低；二是絲桿產品的尺寸一致性差，后續加工螺母時需要與絲桿進行配合加工，產品的互換性較差，維修成本高。
本文針對尾座絲桿傳統生產工藝的不足，在詳細分析絲桿工藝難點的基礎上，探討應用ＦＡＮＵＣ?。埃椋恚幔簦逑到y數控車床的兩種加工方案，并采用螺紋循環指令及用戶宏程序進行編程和試切加工，以提高絲桿的加工質量和生產效率，提高產品的互換性。
１ 、絲桿工藝性分析
車床尾座絲桿如圖１所示，材料為４５鋼，中小批量生產。
１．１ 零件圖分析
絲桿零 件 長 ３１５±０．２（ｍｍ），最大外圓 Φ３５ ０－０．０３ｍｍ。加工內容包括外圓、倒角、退刀槽、三角螺紋和梯形螺紋。３處外圓相對于兩端中心孔的圓跳動度小于０．０４０ｍｍ 或０．０２５ｍｍ，２處外圓表面粗糙度為Ｒａ１．６。絲桿上梯形螺紋 Ｔｒ２０×４－７ｈ－Ｌ 是常用的傳動螺紋，公稱直徑為２０ ｍｍ，螺距為４ ｍｍ，中徑公差帶代號為７ｈ，長旋合長度。
梯形螺紋的大徑相對于兩端中心孔的圓跳動度小于 ０．０２５ ｍｍ，螺牙頂面及兩側面表面粗糙度為Ｒａ１．６。
１．２ 加工難點分析
由上述對零件尺寸和工藝結構的分析可知，絲桿零件存在以下工藝難點：
（１）絲桿最小直徑為 Φ１０ ｍｍ，位于螺紋退刀槽處，長徑比為３１．５∶１，屬細長軸，剛性較差。在車削加工時，因受切削力、切削熱和振動等作用和影響，極易產生彎曲變形，出現直線度、圓柱度等加工誤差，導致切削加工很困難。
（２）梯 形 螺 紋 Ｔｒ２０×４－７ｈ－Ｌ 為 左 旋 螺 紋，車 削時，應使用左偏刀沿主軸軸線由卡盤向尾座方向走刀，或在后置刀具數控車床上車削。
梯形螺紋刀進行成型切削時，切削力較大，容易產生振動，使工件受力變形，因而難于加工。
圖１ 車床尾座絲桿
２ 、數控加工工藝設計
為保證絲桿加工精度，采用“粗車—精車”的加工工藝步驟，以下著重討論絲桿加工難點———梯形螺紋加工工藝設計。
２．１ 裝夾與定位
為提高絲桿的剛性，采用一夾一頂裝夾方式。工件的一端用三爪卡盤夾持，軸肩緊靠卡爪外端面，以固定工件的軸向位置，防止發生軸向竄動，另一端以頂尖支撐。
２．２ 選擇刀具
選擇梯形螺紋車刀，采用 ＳＥＬ２０２０Ｋ２２型機夾刀桿，安裝２２ＥＬ４．０ＴＲ 型可轉位刀片，刀片材料為涂層硬質合金，刀尖角為３０°，取左刀尖為編程刀位點。梯形螺紋左偏車刀如圖２所示。
圖２ 梯形螺紋左偏車刀
一般情況下，梯形螺紋車刀有３個刀刃參與切削，承受的切削力較大，容易崩刃，其加工精度和表面粗糙度不易保證，因此，進刀量宜小而均勻。
采用左右切削法可以獲得較理想的切削效果，此時，應在牙槽兩側邊各留０．１５ｍｍ左右的精車余量，同時選擇主切削刃寬度略小于牙槽底寬的刀片，確保能夠進行左右切削加工。
２．３ 切削方式
結合 ＦＡＮＵＣ系統 Ｇ 功能的螺紋切削指令，既可以采用螺紋切削復合循環指令 Ｇ７６進行成型切削加工，也可以采用螺紋切削固定循環指令 Ｇ９２進行左右切削加工。兩種切削加工方法的進刀路線和適用場合有所區別。Ｇ７６成型切削法，刀具沿牙槽一側邊斜進切入，這種進刀方法實際是使該側副切削刃與工件處于摩擦狀態，有效地減小了螺紋車刀承受的切削力反力，適合于小導程梯形螺紋加工。Ｇ９２左右切削法，刀具沿徑向直進切入，為避免３個切削刃同時切削而產生振動，利用用戶宏程序條件循環指令編程，控制刀具分別向右、向左偏移一個距離，進行螺紋車削，該方法尤其適合車削大導程梯形螺紋。
當螺紋牙型較深時，還應將螺紋的切深分為多個切削層，在每個切削層，當刀具正常切到該層的切深后，再使用左右切削法加工螺紋。
３ 、數控編程與工件試切
３．１ 成型切削法編程應用
Ｇ７６指令編程，成型切削加工梯形螺紋的主要程序如下：
３．２ 左右切削法編程應用
Ｇ９２指令編程，左右切削梯形螺紋的主要程序如下：主程序：
應用上述兩種編程方法，在精度較高、磨損較少的機床上進行試切加工，并使用千分尺、梯形螺紋樣板、螺紋環規及表面粗糙度儀等量具和設備，對梯形螺紋的牙型與尺寸進行檢驗分析。分析結果表明：應用兩種工藝方案加工絲桿零件均為合格；應用左右切削法加工尾座絲桿，獲得梯形螺紋尺寸精度較高，牙型兩側面表面粗糙度值較小，加工質量優于應用成型切削法加工。加工的尾座絲桿如圖３所示。
圖３ 車床尾座絲桿
４、結論
在數控車床上加工尾座絲桿，顯著提高產了品質量和生產效率，提高了絲桿產品互換性，并大幅度減輕了勞動強度。應用 Ｇ７６循環指令成型切削加工絲桿時，切削效率較高，切削力較大，振動大，容易產生腰鼓形誤差和表面振紋；使用 Ｇ９２循環指令及用戶宏程序編程進行左右切削加工時，每次進給切削量小而均勻，但編程難度高，車削時間較長。應用左右切削法加工尾座絲桿的梯形螺紋，所獲產品的尺寸精度和表面質量顯著優于應用成型切削法加工的。
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