針對螺紋車削使用成型刀價格昂貴、通過手工磨削很難保證加工質(zhì)量的難題,采用CAXA數(shù)控車進(jìn)行特殊螺紋編程,在保證質(zhì)量的同時又可以降低生產(chǎn)成本。
PART 1序言
螺紋車削在機(jī)械加工中占有重要地位,通過成型刀車削螺紋可保證加工精度、提高生產(chǎn)效率,但是特殊螺紋的成型刀價格昂貴,甚至買不到。若用手工磨削,則很難保證質(zhì)量。通過采用CAXA數(shù)控車進(jìn)行特殊螺紋編程,則可以在保證質(zhì)量的同時降低生產(chǎn)成本[1]。本文以石油設(shè)備中常用的鋸形螺紋(見圖1)為例介紹,利用CAXA CAM數(shù)控車2022(X64)軟件進(jìn)行編程。
圖1 螺紋圖樣
該螺紋為單線螺紋,螺距3.175mm,牙高1.78mm,牙型角46°,傳導(dǎo)牙側(cè)角為48°,承載牙側(cè)角為4°,右旋螺紋,螺紋大徑182.16mm,工件材質(zhì)42CrMo,硬度285~320HBW。螺紋牙底允許有圓弧,最大為R0.25mm。螺紋車刀選用夾角30°、刀尖圓弧半徑為0.2mm的尖刀進(jìn)行車削。車床選用FANUC Series 0i-TF系統(tǒng)臥式車床。螺紋檢驗選用投影儀,使用脫模膏,在投影儀上檢驗。為方便檢驗,可繪制50倍放大圖和脫模切片進(jìn)行比對。
PART 2軟件設(shè)置
后處理設(shè)置:打開軟件,點擊“數(shù)控車”,單擊“后置設(shè)置”,選擇“主軸”,界面如圖2所示。單擊左下角“新建控制系統(tǒng)”“新建設(shè)備配置”,單擊“保存”。分別設(shè)置為:主軸正轉(zhuǎn)M03,主軸停止M05,開冷卻液M08,關(guān)冷卻液M09,程序停止M30。選擇“車削”,界面如圖3所示,應(yīng)用節(jié)距螺紋編程指令G32。根據(jù)操作系統(tǒng)設(shè)置完成后,單擊“確定”。
圖2 后置設(shè)置主軸界
圖3 后置設(shè)置車削界面
PART 3創(chuàng)建加工圖樣
利用CAXA數(shù)控車編程前,首先要在CAXA數(shù)控車軟件中創(chuàng)建1:1二維圖樣,工件中心軸線和軟件X軸重合,右端面和軟件Y軸重合,即二維圖樣和數(shù)控車工件坐標(biāo)系一致,工件零點設(shè)置在右端面中心。在工件右側(cè)約6mm處繪制一個完整的螺紋牙型,保證螺紋牙型大徑及小徑與工件在同一水平線上,尺寸保持一致,如圖4所示。首牙螺紋牙型位置的選擇原則:保證進(jìn)刀和工件不能相撞,盡可能減少空走刀的距離,日常編程中應(yīng)根據(jù)螺距的大小和刀具情況繪制首牙螺紋的位置。
圖4 CAXA圖樣及完整牙型
在螺紋牙型上繪制網(wǎng)格(見圖5),按照牙型輪廓偏移0.3mm。本次選擇刀尖圓弧半徑為0.2mm,以刀尖圓心為刀具中心點,精加工單邊留余量0.1mm。網(wǎng)格間距設(shè)置為為0.2mm,此牙型直徑方向分為9層。圖5中網(wǎng)格交點黑點作為下一步的編程起刀點。
圖5 牙型劃分網(wǎng)格
PART 4創(chuàng)建刀路軌跡
單擊菜單欄“數(shù)控車”,選擇“車螺紋加工”,單擊“螺紋參數(shù)”,界面如圖6所示。選擇“外螺紋”,恒節(jié)距3.175mm,切入延長量為0mm,切出延長量為6mm(為了避免螺紋未車通,造成螺紋無法擰接到位)[2]。數(shù)值的設(shè)定根據(jù)螺紋螺距的大小、刀具情況以及螺紋終點的選擇調(diào)整,螺紋牙高設(shè)置為0.01mm,螺紋頭數(shù)1。
圖6 螺紋參數(shù)設(shè)置界面
設(shè)置加工參數(shù)(見圖7 ):粗加工深度0.01mm;設(shè)置進(jìn)退刀方式(見圖8):快速退刀距離設(shè)置為2.5mm,此距離一般不小于牙高即可。
圖7 加工參數(shù)設(shè)置界面
圖8 進(jìn)退刀方式設(shè)置界面
設(shè)置刀具參數(shù)(見圖9):刀具號填寫1,切削用量里的進(jìn)退刀時快速走刀選擇“否”,接近速度設(shè)置為3mm,退刀速度設(shè)置為5mm,進(jìn)刀量已默認(rèn)為3.175mm,單擊“入庫”。
圖9 刀具參數(shù)設(shè)置界面
單擊選項卡中的“幾何”,螺紋起始點選擇圖5中網(wǎng)格右上角的點1,螺紋終點選擇螺紋左側(cè)倒角與大徑接觸處。進(jìn)退刀點的選取需要和螺紋起始點在同一豎直方向上,為了便于選擇,需要從螺紋起始點做一條豎直輔助線,長度大于圖8中進(jìn)退刀方式中快速退刀距離的數(shù)值,本次設(shè)置長度為5mm,如果數(shù)值設(shè)置過大,會造成空刀路過長,浪費時間。最后單擊“確定”,即可生成刀路。
復(fù)制刀路:單擊生成的刀具路線,整條刀路被選中,單擊鼠標(biāo)右鍵,平移復(fù)制,以刀具路線圖右下角為基點,依次將刀路復(fù)制到圖5牙型劃分網(wǎng)格上的黑點處,復(fù)制順序為從右至左,第一層復(fù)制完成后,第二層同樣從右至左,依次類推。復(fù)制刀路,也可使用標(biāo)題欄的“常用”→“工具欄陣列”命令。需要強(qiáng)調(diào)的是最終生成程序的走刀路線與復(fù)制刀路的順序有關(guān)系,所以復(fù)制刀路必須按照一定的順序進(jìn)行,否則有可能發(fā)生扎刀或撞刀等安全事故。
PART 5后處理生成程序
在生成刀路后單擊菜單欄中的生成后置代碼圖標(biāo),選擇所需要的車床系統(tǒng)和存儲位置,設(shè)置完成后單擊確定,選擇刀路,即可生成程序[3],界面如圖10所示。使用CIMCO edit 8.02.16軟件,對生成的程序進(jìn)行仿真,確認(rèn)刀路無誤后將程序?qū)霐?shù)控車床。
圖10 后處理程序生成界面
程序修改:后處理中刀具轉(zhuǎn)速S1000、M03、M08、M09和M01重復(fù)出現(xiàn),建議刪除。程序的起始位置添加轉(zhuǎn)速及快速定位點確保刀具安全位置,在程序尾部添加車削完成換刀安全位置。將程序?qū)霐?shù)控機(jī)床,加工出成品(見圖11),為了方便觀察,左側(cè)表面經(jīng)過磷化處理,右側(cè)為機(jī)加工后成品。使用脫模膏在50倍投影儀投影牙型輪廓(見圖12),經(jīng)檢測,牙型尺寸和角度均能滿足圖樣要求,且螺紋傳導(dǎo)牙側(cè)和承載牙側(cè)表面平滑,無明顯接刀痕跡。
圖11 加工成品
圖12 牙型輪廓
PART 6結(jié)束語
CAXA數(shù)控車車削特殊螺紋解決了無成型刀可用的難題,從一定程度上降低了螺紋的編程難度,同時也保證了生產(chǎn)質(zhì)量,有利于提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本,為企業(yè)生產(chǎn)提供了便利。具體總結(jié)如下。
1)該方法通用性強(qiáng),適用于各種異形螺紋,解決了小批量螺紋生產(chǎn)刀具定制的問題。
2)該程序使用刀具刀尖進(jìn)行車削,安裝刀具時應(yīng)確保刀具兩側(cè)切削刃不與工件干涉。
3)在牙型劃分網(wǎng)格時,考慮到螺紋牙型尺寸的因素,往往不能做到100%均分,但是實際網(wǎng)格可根據(jù)機(jī)床、刀具和產(chǎn)品等實際情況進(jìn)行劃分。
4)最終生成程序的走刀路線與復(fù)制刀路的順序有關(guān),所以復(fù)制刀路必須按照一定的順序進(jìn)行,否則有可能發(fā)生扎刀或撞刀等安全事故。
5)尖刀對刀時,直徑方向車刀輕輕碰到工件外圓即完成對刀。由于使用刀具圓弧圓心為中心編程點,故尖刀刀補中需要添加磨耗,外螺紋為負(fù)值,具體為兩倍刀尖圓弧半徑,本案例中刀補-0.4mm。
6)本案例預(yù)留精加工余量0.1mm,需要進(jìn)行精加工處理,只加工螺紋的兩側(cè)和牙底,精加工刀路步距更小,需要根據(jù)實際情況調(diào)整。
7)該方法同樣存在缺點,如加工時間長、精度不如成型刀高等,若有需要可用成型刀精加工。