螺纹是机械工程中常见的几何特征之一, 运用广泛。螺纹的加工工艺较多, 如根据塑性变形的滚丝与搓丝, 根据切削加工的车削、铣削、攻螺纹与套螺纹、螺纹磨削、螺纹研磨等。其中, 螺纹车削是单件或小批量生产常用的加工办法之一。作为数控车床, 螺纹车削加工是其根本功能之一。
1螺纹车削加工特色
螺纹数控加工不同于轮廓加工,其特色表现为:螺纹加工属于成形加工,同时参与的切削刃较长,易呈现啃刀与扎刀现象,一般均需多刀切削完成;为确保导程(或螺距) 准确,有必要要有适宜的切入与切出长度; 螺纹加工的牙型及牙型角根本由刀具形状确保,因而,刀具的形状与正确装置直接影响螺纹牙型的质量;螺纹加工时的进给量与主轴转速有必要保持严厉的传动比, 即F = Ph(mm/ r),因而,加工时禁止运用恒线速度操控;螺纹切削加工的切削速度一般不高,以不呈现积屑瘤或刀具塑性损坏为原则。
2螺纹车削加工办法
螺纹存在右旋与左旋之分, 其加工办法与主轴转向、刀具方位与进给方向有关。以外螺纹为例, 其加工办法如图1所示。内螺纹的加工办法由读者自行分析。
图1 外螺纹加工办法
a)、d) 右旋螺纹 b)、c) 左旋螺纹
图1a 所示为常见的右旋螺纹加工办法,合金麻花钻头生产厂家, 主轴正转、前置正装或后置反装刀具、从右至左进给。若进给方向反向, 则为左旋螺纹加工, 如图1b 所示。
图1c 所示为左旋螺纹加工, 主轴反转、前置反装或后置正装刀具、从右至左进给。
若进给方向反向, 则为右旋螺纹加工, 如图1d 所示。
3 螺纹车削进刀办法
(1) 进刀办法 螺纹加工有必要多刀切削, 其进刀办法有以下几种, 如图2所示。
图2 进刀办法
a) 径向进刀 b) 侧向进刀 c) 改善式侧向进刀 d) 左右侧替换进刀
1) 径向进刀(图2a) 是基础的进给办法, 编程简单, 左、右切削刃后刀面磨损均匀, 牙型与刀头的吻合度高; 但切屑操控困难, 或许发生振荡, 刀尖处负荷大且温度高。适合于小螺距(导程) 螺纹的加工以及螺纹的精加工。
2) 侧向进刀(图2b) 属较为基础的进刀办法, 有专用的复合固定循环指令编程,可降低切削力, 切屑排出操控便利; 但由于纯单侧刃切削,辽阳合金麻花钻头, 左、右切削刃磨损不均匀, 右侧后刀面磨损大。适合于稍大螺距(导程) 螺纹的粗加工。
3) 改善式侧向进刀(图2c) 由于进刀方向的稍微改变, 使得右侧切削刃也参与必定程度的切削, 必定程度上按捺了右侧后刀面的磨损, 减小了切削热, 改善了侧向进刀的缺乏。
4) 左右侧替换进刀(图2d) 的特色是左、右切削刃磨损均匀, 能延常刀具寿数,ys8硬质合金麻花钻头,切削排出操控便利; 缺乏之处是编程稍显复杂。适用于大牙型、大螺距螺纹的加工, 乃至可用于梯形螺纹的加工, 在编程才能答应的情况下推荐运用。
另外, 在加工梯形螺纹时还经常采用一种分层切削式进刀办法。
(2) 进刀深度(又称切削深度) 螺纹加工多次切削的进刀深度选取办法有两种———恒切削面积与恒切削深度进刀, 如图3 所示。
图3 进刀深度操控
a) 恒切削面积 b) 恒切削深度
1) 恒切削面积进刀, 每次进刀的切削面积相等, 即Ai=常数。该办法是数控车螺纹时***常用的办法, 且一般加工功率蕞高; 每次走刀的切削力均匀, 有利于提高刀具寿数。
2) 恒切削深度进刀, 其每一刀的切削深度相等, 即api = 常数。该办法切屑厚度不变, 可优化切屑形状。缺乏之处是走刀次数较多, 仅作为一种弥补计划。
4螺纹加工常见问题及解决办法
数控刀具
用小直径可转位刀具替换整体硬质合金刀具
长期以来,整体硬质合金旋转刀具主控着直径小于20mm的刀具市场。人们对整体硬质合金刀具产生这一由来已久的认知,往往出于为刀具的可靠性做出***的选择。可转位刀具的制造商们甚至没有能成功地渗入占领这一整体硬质合金刀具的堡垒。
下面列举人们在做出选择时考虑的两个重要因素:其一,从获取高精度加工的角度来看,整体硬质合金刀具比可转位刀具更有优势,直径越小,整体硬质合金刀具的优势就越明显。然而,随着整体硬质合金刀具直径的减小,合金麻花钻头哪家好,刀具精度降低(如跳动精度),这将对刀具寿命带来显著的影响。其二,可转位刀具由可转位刀体、可转位刀片以及装配用机械夹紧部件组成,夹紧螺钉或楔块之类的夹紧部件用以确保刀片安置于刀体***槽内。意欲缩减刀具直径,减小装配组件尺寸很有必要。然而,紧固零部件尺寸的缩小会导致其强度减弱,使得刀具不能承受常规切削参数下的切削载荷。这会严重限制刀具的应用范围;进而使得刀具整体装配结构变弱甚至失效。
事实上,相比于可转位刀具的概念,小直径整体硬质合金刀具的价格往往更高,这使大家进一步意识到小直径范围内可转位刀具的重要性。
提供可转位刀具作为选择
在上述直径范围内使用可转位刀具有几个显著的优势,这在用户眼里非常具有吸引力。在许多案例中,特别是粗加工切削刃失效时,采用可转位刀具时仅需对刀片进行简单的转位操作,非常经济合算;而采用整体硬质合金刀具时则需用全新的刀具替换已报废的刀具。采用可转位刀具还带来额外的好处,那就是免除了对失效的整体硬质合金刀具进行既浪费时间也浪费资源的重磨及重涂层操作。
刀具制造商们迎接来自整体硬质合金刀具概念的挑战并取得了显著的进展,开发出基于可靠设计且具有商业化可行性的小直径可转位刀具。在这一方向的努力已经有了成果,夹持可转位刀头或可转位刀片的铣刀及钻头已能用于替代整体硬质合金刀具。
颇具竞争力的性能
可换硬质合金刀头式刀具的推出昭示着关注焦点的转变。例如,伊斯卡就推出了两种基于这一理念的刀具,那就是变形金刚立铣刀(MULTI-MASTER)系列及变色龙钻(CHAMDRILL)系列。
新式刀具凭借其性能及精度特性在功能上能与整体硬质合金刀具设计相匹敌。这类系列的共性是,一个刀头能装夹于不同的刀体;反之一个刀体能装夹不同的刀头,有助于生成丰富多样的装配组合,促成刀具库存件数的减少。
另一重要的设计—“快换刀头,无停机时间”,也是可换头式刀具的特征之一,因无需浪费时间在重新装夹调试刀具上,能实现刀体夹持于机床主轴上就能在机更换失效的刀头。这能消减加工周期,并进而降低生产成本。与此相反,当整体硬质合金铣刀或钻头失效,新一轮的刀具装卸周期则不可避免。
另外,这一概念确保继承了整体硬质合金刀具的所有相关优点。在所探讨的直径范围内,“可换刀头式”硬质合金刀具凭借其原理在刀具设计方面具有更明显的优势和特点。变形金刚立铣刀系列(MULTI-MASTER)小直径为5mm;束魔变色龙钻(SUMOCHAM)小直径为6mm;变形金刚立铣刀还能用于加工沉头螺钉孔,中心钻小直径为1mm。
LOGIQ系列带来全新的视角
伊斯卡全新逻辑·智胜LOGIQ系列推出了小规格的可转位旋转刀具。公司推出好几个系列的名义直径不大于20mm的刀具。接下来扼要地回顾这些系列以更清晰地理解这些新式刀具是否能打破整体硬质合金刀具的壁垒。
***让人感兴趣的是新系列可转位铣刀,直径范围为8-16mm。这些系列推荐用于方肩铣或大进给铣削。具有几个共性的特点:夹持带3个切削刃的三角形刀片,紧固刀片的机械部件为夹紧螺钉。然而,看上去相似的结果却来自于不同的设计思路。HELI3MILL 及 MICRO3FEED系列铣刀直径范围为10-16mm,采用了经典的刀片锁紧设计,即夹紧螺钉通过刀片中心孔对刀片进行夹紧;而NANMILL 及NANFEED系列铣刀直径范围为8-10mm,采用了以下概念的夹紧方式。在如此小的直径范围内,如前所提的过刀片中心孔夹紧螺钉,无法提供可被接受可实操的解决方案。在新的概念中,螺钉置放于刀片前刀面上方,夹紧螺钉头充当了楔块的角色。这提供了可靠的刚性夹紧,刀片因无中心孔的结构而均质耐用,使得刀片转位简捷。
按预计,这些系列将用于紧凑部件的制造,不同工业领域如模具工业的小尺寸型腔铣、挖槽加工以及小型零部件的铣削加工,也用于小型零部件的生产制造。
小改变带来大冲击
1mm的改变是多还是微不足道?对于小直径范围内的可转位刀具而言,这将带来大大的不同。伊斯卡新推出直径为5mm的束魔变色龙钻(SUMOCHAM)刀头,标志着为可换头式钻头应用范围带来了重大的进步。
在小直径范围内,可换头式刀具能提供高精度及高性能的优势,使得其成为传统的整体硬质合金刀具的有力的竞争对手。可转位刀具正在切入金属切削实践领域,这值得引起大家的关注。
用于铣削加工的铣刀
用于铣削加工的、具有一个或多个刀齿的旋转刀具。工作时各刀齿依次间歇地切去工件的余量。铣刀首要用于在铣床上加工平面、台阶、沟槽、成形表面和切断工件等。
铣刀按用途区别有多种常用的型式(图1)。①圆柱形铣刀:用于卧式铣床上加工平面。刀齿分布在铣刀的圆周上,按齿形分为直齿和螺旋齿两种。按齿数分粗齿和细齿两种。螺旋齿粗齿铣刀齿数少,刀齿强度高,容屑空间大,适用于粗加工;细齿铣刀适用于精加工。②面铣刀:用于立式铣床、端面铣床或龙门铣床上加工平面,端面和圆周上均有刀齿,也有粗齿和细齿之分。其结构有整体式、镶齿式和可转位式 3种。③立铣刀:用于加工沟槽和台阶面等,刀齿在圆周和端面上,工作时不能沿轴向进给。当立铣刀上有通过中心的端齿时,可轴向进给。④三面刃铣刀:用于加工各种沟槽和台阶面,其两边面和圆周上均有刀齿。⑤角度铣刀:用于铣削成一定角度的沟槽,有单角和双角铣刀两种。⑥锯片铣刀:用于加工深槽和切断工件,其圆周上有较多的刀齿。为了减少铣切时的冲突,刀齿两边有15′~1°的副偏角。此外,还有键槽铣刀、燕尾槽铣刀、T形槽铣刀和各种成形铣刀等。
铣刀的结构分为4种。①整体式:刀体和刀齿制成一体。②整体焊齿式:刀齿用硬质合金或其他耐磨刀具资料制成,并钎焊在刀体上。③镶齿式:刀齿用机械夹固的办法紧固在刀体上。这种可换的刀齿可所以整体刀具资料的刀头,也可所以焊接刀具资料的刀头。刀头装在刀体上刃磨的铣刀称为体内刃磨式;刀头在夹具上独自刃磨的称为体外刃磨式。④可转位式(见可转位刀具):这种结构已广泛用于面铣刀、立铣刀和三面刃铣刀等。
铣刀按齿背的加工办法分为两类。①尖齿铣刀:在后边上磨出一条窄的刃带以形成后角,由于切削角度合理,其寿数较高。尖齿铣刀的齿背有直线、曲线和折线3种方式(图2)。直线齿背常用于细齿的精加工铣刀。曲线和折线齿背的刀齿强度较好,能承受较重的切削负荷,常用于粗齿铣刀。②铲齿铣刀:其后边用铲削(或铲磨)办法加工成阿基米德螺旋线的齿背,铣刀用钝后只须重磨前面,能保持原有齿形不变,用于制作齿轮铣刀等各种成形铣刀。
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