优秀教研成果评选活动参评论文变导程螺杆的数控车削加工.doc

2009年全国技工教育和职业培训 优秀教研成果评选活动参评论文 变导程螺杆的数控车削加工 变导程螺杆的数控车削加工摘要：如何精密加工出变导程丝杠一直没能很好地解决，长期以来都是在铣床上采用手工加工的方法完成，精度低，劳动强度大，且经常出现废品，用数控车削方法加工变导程螺纹，提高了效率和加工质量,本文着重介绍变导程螺纹的数控加工方法。关键词：变导程螺纹 数控车削 加工效益引言：随着对机械结构功能要求的不断提高，对一些零件的结构也提出了很高的要求。变导程丝杠就是其中的一个代表( 如图1.1)，变导程螺纹的应用广泛，如饮料罐装机械，在饮料灌装过程中，需要将包装容器定时定距平稳地输送到包装工位，完成一定要求的装置称为定距分隔定时供给装置，这样就可实现依次定距供送容器的目的，其主传动部分就是变导程螺旋杆。除此之外变导程螺纹在航空传输机械、塑料挤压机械、饲料机械、船舶上的变导程螺旋桨、高速离心泵上的变导程诱导轮、变导程螺旋桨动力装置以及前转向悬挂上的变导程弹簧减振器等方面都有关键的应用。图1-1 变导程螺杆变导程螺杆的结构特点和成形工艺分析（1）变导程螺杆的结构特点 (如图1-2a所示)图1-2变导程丝杠常用的变距螺杆螺距变化规律如图1-3所示。 图1-3 匀变距螺杆示意图从图中看出，螺杆的螺距是按等差级数规律渐变排列的。若设螺旋曲线上任意点至起始点的距离为L，则可得变距螺杆螺旋线的数学方程为 ：L=nP+n2P式中：P为基本螺距；P为螺距变化量；n为螺旋线圈数。（2） 成形工艺分析加工等螺距螺杆，只须主轴带动工件匀速转动，刀具作轴向匀速移动，即可形成等距螺旋线。加工变距螺杆，则一方面须主轴带动工件匀速转动，一方面须刀具作轴向匀加(减)速移动才能形成变距螺旋线。作为通用车床，刀具只能作轴向匀速移动，要刀具作匀加(减)速运动，必须在进给装置中增设能实现匀变速运动的机构。作为数控车床，提供了车削变导程螺纹的G功能指令。数控车床变导程螺纹的切削G34指令为可变导程螺纹切削指令，对每导程指令一个增加值或或减少值，就能完成变导程螺纹切削。指令格式为：G34 X(U)_ Z(W)_ F_ K_ 。 其中“X、Z”是指车削终点的绝对坐标值，U、W是指切削终点相对起点的增量坐标值，F是指螺纹的基本导程， K是指主轴每转导程的变化量。如图1-4所示的零件为槽等宽牙变距的螺杆（注意第一个导程10.5，刀具距离零点的距离8），O点为工件坐标系零点。 图1-4 槽等宽牙变距螺杆第一个导程10.5mm，从坐标系零点的导程实际是F=10.5mm-2.5mm=8mm，所以选择的切削起点为距离端面8mm的位置，因为每导程的变化量为2.5mm，故起刀点螺纹的基本导程为F=8mm-2.5mm=5.5mm。程序如下：. G00 X56 Z8； G34 X46 Z-200 F5.5 K2.5；数控车床提供了车削变导程螺纹的功能，这也是数控车床优越性的一个重要体现。变导程螺纹分为二种情况，一种是槽等宽牙变导程(如图1-2b)，一种是牙等宽槽变导程(如图1-2c)，用一定宽度的螺纹刀，加工变导程螺纹，槽宽相等容易保证，若保证牙宽相等就不好操作，因此，结合下面实例分析牙等宽槽变距螺杆的编程与加工。如图1-5所示,牙等宽槽变导程螺杆比槽等宽牙变距螺杆编程与加工要复杂许多。要车成变槽宽，只能是在变导程车削的过程中使刀具宽度均匀变大才能实现，不过这是不现实的。因此在实际编程与加工过程中，需改变导程和相应的起刀点，采取左右进给和分层切削。变导程丝杆加工工艺分析图1-5所示槽等宽牙变距螺杆，现仅分析变导程螺纹部分的加工工艺与程序编制。 图1-5 牙等宽槽变距螺杆（1）工件的装夹。该零件为细长轴，为了提高工件的刚性，所以采取一夹一顶的装夹方法。（2）加工方法。在实际的加工过程中，由于深度不断加深，刀具与螺纹两侧面接触面积会越来越大，加工越困难，轻则会产生振动，增加刀具的磨损，重则出现扎刀、崩刀、断刀，损坏加工的工件。为了解决上述问题，在加工的时候采取分层左右车削的方法（如图1-6所示）。所谓分层车削，就是将螺杆的牙槽按一定的深度和宽度分成若干层，分层地进行加工，使每次车削的切削用量基本一样，同时使得切削力基本相同，从而降低了切削的难度，能顺利地完成螺杆车削。即在对丝杆进行粗车的时候分成十层，而每一层又分成十一刀进行加工，在对丝杆进行精车的时候分成十层，而每一层又分成二刀进行加工。 图1-6 分层车削示意图（3）刀具的选用。此变距丝杆的牙形为圆弧形，所以在加工的时候选用梯形车刀进行粗车，选用圆弧形车刀进行精车（如图1-7 如图1-8）。 根据变距螺杆螺旋线的数学方程为 ：L=nP+n2P距离L=180mm 基本螺距P=5.5； 螺距变化量P=2.5；代入方程可得 螺旋线圈数n=7.463;根据变距螺杆螺旋线的数学方程 P(变)=P+（2n-1）P基本螺距P=5.5； 螺距变化量P=2.5； 螺旋线圈数n=7.463;代入方程可得 P(变)=40.3150 由于最小螺距的最小牙宽为4.36m,最大螺距的最大牙宽为40.3150-3= 37.3150mm 而每层加工时分为十一次，刀具的最大切削量为37.3150/11=3.3923，故选取3.5mm宽的粗车刀。 图1-7 螺纹粗、精车余量 图1-8螺纹牙型及车刀刀头形状图 程序编制 粗车程序O0000;G00 X200 Z30;M03 S60 T0101;（换粗车刀）G00 X56 Z8;#1=2.7；（分10层进行加工，每层加工0.3mm）M98 P0001 L10；G00 X200 Z30 M05；M30；O0001；#2=TAN15*#1*2+0.86/10；(0.86=4.36-3.5刀宽， #2为左右切削移动量)#3=5.5；（基本螺距）#4=#2；G34 U-10+2*#1 Z-200 F#3 K2.5；（加工螺纹）M98 P0002 L5；（执行该层5次的左右切削）#1=#1-0.3；（X向切深0.3mm）M99；O0002；G00 W#4；(车刀右移)G34 U-10+2*#1 Z-200 F#3+#4 K2.5；（加工螺纹，螺距增加）G00 W-2*#4；(车刀左移)G34 U-10+2*#1 Z-200 F#3-#4 K2.5；（加工螺纹，螺距减少）G00 W#4；(车刀回位)#4=#4+#2；（移动量增加）M99；精车程序O0003;G00 X200 Z30;M03 S60 T0202;（换精车刀）G00 X56 Z8;#1=2.7；（分10层进行加工，每层加工0.3mm）M98 P0004L10；G00 X200 Z30 M05；M30；O0004；#2=TAN15*#1*2+4.36/2；(槽底为4.36mm，#2为左右切削移动量)#3=5.5；（基本螺距）G00 W#2；(车刀右移)G34 U-10+2*#1 Z-200 F#3+#2 K2.5；（加工螺纹，螺距增加）G00 W-2*#2；(车刀左移)G34 U-10+2*#1 Z-200F#3-#2 K2.5；（加工螺纹，螺距减少）G00 W#2；(车刀回位)#1=#1-0.3（X向切深0.3mm）M99；结束语：采用数控车削宏指令和变量编程进行分层