加工内外螺纹用车削,小直径内螺纹用丝锥攻丝较为常见。车削螺纹和用丝锥攻丝时,刀具的刃齿始终处在切削工作的状态。因此持续负荷大,切削温度高,特别是加工内螺纹时,排屑困难、散热条件差、温度更高、故刀具容易磨损且寿命较低,由此也影响了螺纹的加工质量,限制了切削和进给的速度的提高,自然生产效率也不高。另外这些加工方法对零件的结构形状尺寸大小也有一定的限制,如车内外螺纹时,希望被加工零件结构必须对称平衡才能适应回转,攻丝的孔不能太大等。这里是否有其他更好的方法?其实随着数控技术的应用,螺纹铣削运动得以实现,不但使螺纹的加工质量有所提升,生产效率提高,而且适应被加工零件形状尺寸的范围也扩大了许多。本文介绍螺纹铣削的运动,加工特点和z开发的新技术新产品。
VARGUS是一家世界著名专业的螺纹加工刀具的制造公司,它以VARDEX为商标的一系列产品,涵盖了螺纹车削和铣削加工的刀具以及孔与微孔加工用的精密刀具等。随着具有三轴联动螺旋插补功能数控机床的普遍使用,高效的铣削螺纹方法用得越来越广。在针对内外螺纹的铣削时可进行相对切削运动,在这里刀具的自转是主切削运动,其切削速度V=N×π×D2/1000。为切出螺纹可通过CNC的控制系统,指令螺纹铣刀作平面圆弧插补和垂直于该平面的进给,使之联动形成螺旋插补运动。整个加工循环是在加工内螺纹时,先使螺纹铣刀处于孔的中心(加工外螺纹时处于螺纹外侧轴线平面上某一点),以后使之按一定角度运动靠近螺纹加工面,之后进入加工点。由此开始作合成的螺旋插补运动实现对螺纹的切削,这个合成运动持续转过360°后,正好轴向插补进给一个导程(螺距),之后铣刀即沿圆弧切出,回到原起始点位置再退出,以备下次加工。
大多数CNC机床在编程时,要求按刀具中心进给F2编程。刀具的进给速度是由刀具中心进给速度F2的大小决定的,而刀具中心的进给速度没有直接给出,但是可以由刀具进给速度F1与刀具中心进给速度F2的关系方程式求得。已知的刀具切削刃的进给速度F1=N×Z×f(N:铣刀转速;Z:刃齿数;f:每转每齿进给量)。
为了进一步提高加工效率还可采用多刃齿长刀片,配合不同刀体,这样可同时切出多个螺纹(相当螺纹变短),从而降低进给时间,缩短了螺纹生产周期,提高了生产效率。VARGUS公司称之为MITM类高效螺纹铣刀。为了铣削深孔螺纹,可采用悬伸长的刀杆配装具有一个或几个单刃齿的刀片所构成的螺纹铣刀。单刃齿的切削力小,可减少悬伸长刀杆的桡曲,保证加工质量。VARGUS 称之为TMSD深孔螺纹铣刀。
除了以上几种装刀片的螺纹铣刀外,还有一种整体式硬质合金螺纹铣刀(TM Solid),它们也有许多种类,可用于加工微小孔和深孔螺纹时,刃齿数较少,用作一般螺孔加工时,刃齿较多。排屑槽有直槽,有螺旋槽的,有从铣刀中孔供冷却液的,也有从径向供冷却液的。功能也从单纯铣螺纹到兼有其他功能的。其中超级HTC整体螺纹铣刀除了可完成螺纹加工外,还能钻孔,切出空刀槽和倒角等。从而使工序得以集中,大大节省了加工时间,促进了生产效率。开始时钻铣刀处于准备位置,之后回转向下钻孔并倒角,完成后居中退刀,再圆弧进给至可圆弧插补的开始点处,进行螺旋插补,同时加工出螺纹与空刀槽。再圆弧退出至中心,后抬刀向外退出至初始位置以备下次加工。
VARGUS公司又开发了新型整体硬质合金螺纹钻铣刀TMDR,它利用了螺旋铣孔方法并结合一定的轴向插补进给,使钻孔和铣螺纹也一次完成进一步减少了工步,这个创造性研发可从此使加工内螺纹不再必需要有预钻孔,钻孔铣螺纹同时加工,倒角则是在最后完成。这个多才多艺的刀具,也可以加工有预钻孔的,盲孔的和有半制成品孔的螺纹。目前这种刀具、柄部尺寸有8、10和12三种。刀具中有孔可供冷却液,可见螺牙刃齿仅2个,第一个刃齿的前刃既作为钻削的主刀刃,螺旋进给时加工出孔,整个刃齿又同时可作为粗加工螺纹用。用它切出部分牙形,后一个螺牙刃作精加工用,切出全牙形,前刃齿还有导向作用,引导了后刃齿完成了螺牙的全部加工。两牙间距离是一个螺距(Pintch),刀具在CNC机床上按数控程序M04编码。
螺纹铣削看起来运动复杂些,但据上述加工特点的解析,可知优点非常多.可总结如下:
(1)大型工件不对称,难以回转工件上的螺纹,也可以安装后一次完成加工,对被加工螺孔的直径尺寸没有限制,对螺纹空刀槽要求不高,故适应被加工零件的范围广;
(2)刀具的刃齿在加工过程中,不是一直切削被加工工件,而是每转中各排刃齿只交替地切一段极小圆弧,故产生的切削力。热小、生成的切屑短,又由于排屑空间大,排屑易,散热快,故刀具不易磨损寿命长。
(3)既能适应各种较软材料加工,因为刃齿负荷小,也能胜任高硬度材料加工,薄壁工件加工和断续表面的加工。
(4)由于每个刃齿每次切削量少,刀具不易磨损,能较长期的保持精确的牙形,再加上细碎的切屑易被冷却液冲出,不会损伤已加工表面,故加工的精度和表面质量高;
(5)切削速度进给速度可高,生产效率高.若再采用多齿长刀片可减少轴向进给距离,相当缩短被加工螺纹,可进一步提高了效率;
(6)不管螺纹铣刀是左旋还是右旋,因为可以自由配合机床的不同转向和进给方向,所以各种工件上的内、外、左和右螺纹可使用相同刀具加工,这样刀具的库存量可以减少;
(7)采用可转位刀片时,刀具磨损或需加工不同材料,不同结构的工件时,刀片只要简单更换一下即可。
当然螺纹铣削作为一种先进的加工技术,采用时必须用户具有三轴联动的数控机床,作为刀具本身螺纹铣刀比一般车刀螺纹和丝锥贵,但用在批量加工和特殊零件加工时成本就会下降,甚至比车削和攻丝更低。另外,虽然过去螺纹铣削编程较复杂,但最近VARGUS研发的TM Gen编程软件,由于可用多种语言,操作人员只需输入螺纹的技术参数和条件,软件可自动引导选择刀具,生成螺旋插补的CNC程序而变得非常方便。随着一些困难的问题解决,就为进一步扩大使用创造了条件。
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