大規(guī)格鋸齒螺紋銑削宏程序

德州聯(lián)合石油機(jī)械有限公司 （山東 253034） 侯祖剛

大規(guī)格鋸齒螺紋銑削宏程序

德州聯(lián)合石油機(jī)械有限公司 （山東 253034） 侯祖剛

鋸齒螺紋，一般用于單向受力的傳動(dòng)部件，牙型為不等腰梯形，前面的一個(gè)角度用來(lái)承受載荷，后面的一個(gè)角度用來(lái)增加牙根強(qiáng)度。大規(guī)格的鋸齒螺紋多用于礦山機(jī)械，本文以圖1為例，介紹35°菱形刀片分層銑削鋸齒螺紋的加工方法和短小精悍的宏程序模式。

圖1 鋸齒螺紋牙型圖

1.加工方案

S220×25.4-LH屬非標(biāo)螺紋，螺距大，牙槽深，很難找到合適的刀具，專門(mén)定做，價(jià)格貴不說(shuō)，還要等很長(zhǎng)時(shí)間，即使做成了刀片，按照傳統(tǒng)的直進(jìn)方法銑削螺紋，刀片與牙型完全吻合后，切削面積太大。機(jī)床難免會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，總結(jié)數(shù)控車床分層車削大螺距螺紋的經(jīng)驗(yàn)，能否用同樣的方法銑削螺紋，答案是可以的。數(shù)控車床有專門(mén)的螺紋循環(huán)指令，進(jìn)刀和退刀由系統(tǒng)自動(dòng)控制，分層車削只要控制好螺紋直徑和起始點(diǎn)坐標(biāo)就可以了。相比之下，分層銑削就要復(fù)雜得多，首先要編程螺紋的運(yùn)動(dòng)軌跡，保證每一圈螺旋線都能夠順滑過(guò)渡，然后一層一層地切入，一步一步的平移，像挖梯田一樣，最終達(dá)到螺紋的加工要求。

銑削螺紋有很多先例，螺紋銑刀的規(guī)格和型號(hào)也越來(lái)越多，但畢竟都是螺距較小的標(biāo)準(zhǔn)螺紋，如此大的鋸齒螺紋，還是第一次遇到，聯(lián)系了機(jī)床廠家和刀具商，都沒(méi)有好的方案。擺在面前的問(wèn)題主要有兩個(gè)：①?zèng)]有標(biāo)準(zhǔn)的螺紋銑刀，只能就地取材，使用形狀相近的刀具。②螺紋的去除余量太大，要多次分層銑削。靠編程軌跡保證螺紋兩側(cè)的牙型角度。軟件編程肯定不行，宏程序也有一定難度。

（1）自制螺紋銑刀 35°菱形刀片是一種常用數(shù)控刀片，既可用于車削，也可用于銑削，有人曾在數(shù)控車床上用其進(jìn)行梯形螺紋的粗加工，并獲得了成功。以此為借鑒，能否用35°菱形刀片銑削鋸齒螺紋呢？帶著這個(gè)疑問(wèn)，我們選擇強(qiáng)度高、耐沖擊性好的山特維克35°鏜刀桿和（VBMT160412 MM1025）菱形刀片，來(lái)做一個(gè)大膽的試驗(yàn)。從理論上講，刀片的安裝角度是一側(cè)37°，一側(cè)是-2°，小于鋸齒扣兩側(cè)牙型角，R1.2mm的刀尖圓弧也明顯小于牙底槽寬，兩側(cè)切削刃下面的 3°后角，大于鋸齒螺紋的螺旋升角，上述特點(diǎn)，決定了35°菱形刀片銑削螺紋時(shí)不會(huì)發(fā)生過(guò)切和干涉，自己動(dòng)手，將直徑60mm的35°鏜刀桿安裝在數(shù)控銑床的強(qiáng)力刀柄上，一把簡(jiǎn)易的螺紋銑刀就制作完成了。

（2）編程思路 相對(duì)于其他刀具路徑，螺紋銑削路線沒(méi)有太多的選擇，本例中的左旋螺紋，適用自上而下順銑加工，即主軸正轉(zhuǎn)，刀具沿逆時(shí)針?lè)较蜃雎菪€插補(bǔ)。編程的焦點(diǎn)是用菱形刀片的35°刀尖角保證螺紋兩側(cè)的7°/45°牙型角（見(jiàn)圖2），粗銑采用分層銑削的方法，考慮到螺紋牙深13mm，分4層銑削，一次切入3.25mm，刀尖緊貼45°牙型面一側(cè)進(jìn)刀至第一層螺紋半徑，沿螺旋線銑削至螺紋長(zhǎng)度后，快速返回起始點(diǎn)，半徑方向數(shù)值不變，軸向平移進(jìn)刀，繼續(xù)執(zhí)行螺旋線插補(bǔ)，直到接近7°牙型面，再返回45°牙型面一側(cè)進(jìn)刀至第二層螺紋半徑，如此循環(huán)4次，快速去除大部分余量，粗銑后，螺紋兩側(cè)面已基本接近牙型輪廓，精銑仍然采用分層銑削的方法，與粗銑不同的是，精銑只加工螺紋兩側(cè)面，以每層0.2mm的深度進(jìn)刀，此時(shí)可適當(dāng)提高主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量，確保螺紋的牙型角度和表面粗糙度。程序的核心在于建立進(jìn)刀深度和牙型誤差的關(guān)聯(lián)方程，通過(guò)不停地改變螺旋線的半徑值和起始點(diǎn)位置，來(lái)達(dá)到銑削兩側(cè)牙型面的目的。

圖2 加工示意圖

2.螺紋銑削宏程序

程序以螺紋孔上表面中心點(diǎn)為坐標(biāo)系零點(diǎn)，以刀尖中心為刀位點(diǎn)，不使用刀具半徑補(bǔ)償，直接對(duì)螺旋線半徑編程。螺紋起點(diǎn)選擇在工件以外的安全高度，螺紋終點(diǎn)有比較寬松的退刀槽空間，起始點(diǎn)均采用直線進(jìn)刀和退刀。

（1）粗銑 去除大部分余量。變量設(shè)置：

#24=97-30 螺紋最小編程半徑 (螺紋牙頂半徑-刀具半徑)

#14=110-30 螺紋最大編程半徑 (螺紋牙底半徑-刀具半徑)

#4 =13/4 螺紋半徑方向分層進(jìn)給切入值

#9=25.4 螺旋線Z向距離

#11=127 螺紋編程長(zhǎng)度 (按螺距倍數(shù)圓整處理)

#26=25.4-1-0.2 45°牙型面一側(cè)分層進(jìn)給下刀點(diǎn)Z向坐標(biāo)值 （1為1/2刀尖寬度，0.2為精加工余量）

#6= TAN45×#4 45°牙型面一側(cè)分層進(jìn)給下刀點(diǎn)Z向偏移值

#25=5.4+1+0.2 7°牙型面一側(cè)分層進(jìn)給結(jié)束點(diǎn)Z向坐標(biāo)值（1為1/2刀尖寬度，0.2為精加工余量）

#5=TAN7×#4 7°牙型面一側(cè)分層進(jìn)給結(jié)束點(diǎn)-Z向偏移值

#7=1 分層切入后的Z向平移值

G90G54G40S300M03

N10

#26=#26-#6

#25=#25+#5

#24=#24+#4

#16=#26

N20

#9=25.4

G0X0Y0

Z#16

G01X#24 F1000

N30

G03X#24 Y0 Z[#16-#9] I-#24 J0 F300

#9=#9+#9

IF[#9 LE #11] GOTO 30

IF[#16 EQ #25 ]GOTO 40

#16=#16-#7

IF[#16 LE #25] THEN #16=#25

GOTO20

N40

IF[#24 LE #14] GOTO 10

G0 X0 Y0

Z200

M30

圖3 粗銑后效果圖

粗銑后，螺紋兩側(cè)牙型面呈梯田狀分布，已接近7°/45°牙型角度（見(jiàn)圖3）。

（2）精銑 保證兩側(cè)牙型角度和表面粗糙度變量設(shè)置：

#24=97-30 螺紋最小編程半徑 (螺紋牙頂半徑-刀具半徑)

#14=110-30 螺紋最大編程半徑 (螺紋牙底半徑-刀具半徑)

#4 =0.2 螺紋半徑方向分層進(jìn)給切入值

#9=25.4 螺旋線Z向距離

#11=127 螺紋編程長(zhǎng)度(按螺距倍數(shù)圓整處理)

#26=25.4-1 45°牙型面分層進(jìn)給下刀點(diǎn)Z向坐標(biāo)值（1為1/2刀尖寬度）

#6= TAN45×#4 45°牙型面分層進(jìn)給下刀點(diǎn)Z向修正值

#25=5.4+1 7°牙型面分層進(jìn)給結(jié)束點(diǎn)Z向坐標(biāo)值（1為1/2刀尖寬度）

#5=TAN7×#4 7°牙型面分層進(jìn)給結(jié)束點(diǎn)-Z向修正值

精銑45°牙型面：

G90G54G40S500M03

N10

#9=25.4

#26=#26-#6

#24=#24+#4

G0X0Y0

Z[#26]

G01 X#24 F1000

N20

G03X#24 Y0 Z[#26-#9] I-#24 J0 F600

#9=#9+#9

IF[#9 LE #11]GOTO 20

IF[#24 LE #14]GOTO 10

G0 X0 Y0

Z200

M30

精銑7°牙型面：

G90G54G40S500M03

N10

#9=25.4

#25=#25+#5

#24=#24+#4

G0X0Y0

Z[#25]

G01X#24 F1000

N20

G03X#24 Y0 Z[#25-#9] I-#24 J0 F600

#9=#9+#9

IF[#9 LE#11]GOTO 20

IF[#24 LE #14]GOTO 10

G0 X0 Y0

Z200

M30

精銑后用牙型樣板透光法檢驗(yàn)。兩側(cè)牙型角度基本符合圖樣要求，牙型面沒(méi)有明顯的毛刺和臺(tái)階，拋光去除輕微刀痕后達(dá)到很好的表面效果。

3.注意問(wèn)題

本例中的宏程序采用分層進(jìn)給，角度擬合的加工原理，存在一定的逼近誤差，必須進(jìn)行綜合精度分析，粗加工分層銑削時(shí)，在保證牙型輪廓的前提下，盡量選擇較大的切入值和平移值?？焖偾谐菪塾嗔?，精加工時(shí)增量值的大小是保證牙型角度和表面質(zhì)量的關(guān)鍵，本例中的0.2并非經(jīng)驗(yàn)值，是通過(guò)計(jì)算選擇的最佳數(shù)值，根據(jù)數(shù)學(xué)公式

45°一側(cè)牙型誤差=(TAN45-TAN37)×0.2=0.05（mm）

7° 一側(cè)牙型誤差=（TAN7-TAN178）×0.2=0.03（mm）

上述的牙型誤差，反映在螺紋側(cè)面上是魚(yú)鱗狀的輕微刀痕，對(duì)表面質(zhì)量有一定的影響，考慮到菱形刀片的刀尖圓弧可以起到圓滑過(guò)渡的作用，當(dāng)牙型誤差小于0.05mm時(shí)即可以忽略不計(jì)，精銑后基本上可以達(dá)到技術(shù)要求，如果螺紋表面的要求較為嚴(yán)格，可采用拋光的方法去除刀痕，提高螺紋粗糙度。

4.結(jié)語(yǔ)

本文靈活運(yùn)用宏程序分層銑削的技巧，就地取材，使用35°菱形刀片加工大規(guī)格7°/45°鋸齒螺紋，為銑削大螺距螺紋走出了一條新路，具有很好的參考價(jià)值。

20130103)