一种非金属大导程梯形螺纹的粗铣精车复合加工方法与流程

本发明属于机械切削加工领域，具体涉及一种非金属大导程梯形螺纹的粗铣精车复合加工方法。

背景技术：

通常，非金属大导程梯形螺纹的加工是在普通车床或数控车床上进行。由于工件加工余量较大，车刀每次的切深较小，因而在普通车床或数控车床上加工，加工过程费工费时、效率低下。现有技术中，大导程梯形螺纹的车铣复合加工方法，主要涉及金属材料，螺纹粗加工与精加工均采用铣削方式，螺纹加工的数控程序只是针对特定零件进行编制，其加工材料不同、加工精度不高、加工程序通用性较差。

技术实现要素：

本发明的目的是要提供一种非金属大导程梯形螺纹的粗铣精车复合加工方法，它通过在车削中心的刀塔上配置铣削动力单元的方式，有效地实现车削与铣削合成一体，可靠地完成工件的车铣复合加工。

设计一种非金属大导程梯形螺纹的粗铣精车复合加工方法，包括刀具准备、工件装夹、刀具安装、程序设计和自动加工步骤。

刀具准备时，制作成形铣刀和成形车刀：铣刀采用ф20直柄键槽铣刀修磨改制，铣刀侧刃长8.5mm，侧刃锥面为54°角，侧刃前角为15°角，侧刃后角为12°角；车刀采用16×16的高速钢线切割加工、修磨改制，车刀尖角为54°角，左侧刃后角为25°角，右侧刃后角为0°角。车刀修磨改制时，螺纹小径上的螺旋升角为22.9°角，车刀后角要大于螺旋升角，螺旋线为右旋，以保证车刀的后刀面和右侧刃都不会与工件发生干涉。

工件装夹时，工件用垫片和螺母锁定在芯轴上，芯轴用卡盘和尾座顶尖锁紧定位。

刀具安装时，先装成形铣刀后装成形车刀，先把动力铣削单元安装在刀塔上，再把成形铣刀安装在动力铣削单元上；先把刀座安装在刀塔上，再把成形车刀安装在车刀座上；成形铣刀和成形车刀的伸出长度各为35mm。

程序设计时，设定分层铣削参数和宏程序：包括刀具的赋值变量、切削主变量、单层走刀次数、单次轴向移动距离和实际坐标位置。设定分层铣削参数时，齿侧单边留量1mm，小径单边留量0.3mm，每层切深为7.3mm，深度分4刀加工，铣刀转速3600r/min，z轴进给速度4000mm/min。设定宏程序时，对切削深度、每次下刀深度、槽深度、梯形螺纹的口部宽度、刀尖宽度等变量进行赋值，切削深度作为主变量，随着切削深度增大，每一层梯形螺纹槽的宽度变小，每一层的走刀次数也相应减小，设定的程序能够自动计算出每一层的走刀次数、刀具每次沿轴向移动的距离、刀具的实际坐标位置。

自动加工时，完成相关操作步骤，启动开关，设备即按设定程序分别完成各个加工过程；以分层铣削方式进行螺纹粗加工，以先精车小径、后精车梯形螺纹两侧面的方式完成螺纹精加工。

本发明的有益技术效果是：由于刀塔上分别安装有动力铣削单元和成形铣刀、车刀座和成形车刀，因而实现了铣削与车削合成一体，进而完成车铣复合加工。铣刀和车刀修磨改制时，分考虑了铣刀和车刀结构参考，设定了车刀的螺旋升角、车刀后角和螺旋线方向，因而优化了铣刀和车刀配合状态，保障了车刀的后刀面和右侧刃不会与工件发生干涉。另外由于铣刀是多刃刀具，其转速高切削深、加工余量去除快，因而有效地提高了加工生产效率。本发明还具有方法简单、操作可靠、加工精度高和生产连续性好的优点。

附图说明

图1是粗铣加工图；

图2是精车加工图；

图中，1、卡盘，2、芯轴，3、梯形螺纹轴，4、垫片，5、螺母，6、顶尖，7、成形铣刀，8、动力铣削单元，9、刀塔，10、刀座，11、成形车刀。

具体实施方式

下面根据附图提供的实施例分两个部分对本发明作进一步说明。

第一部分，结构部件。

本发明所述实施例的结构部件包括：卡盘⑴，芯轴⑵，梯形螺纹轴⑶，垫片⑷，螺母⑸，顶尖⑹，成形铣刀⑺，动力铣削单元⑻，刀塔⑼，刀座⑽，成形车刀⑾。

第二部分，操作方法。

步骤一，刀具准备：刀具准备时，制作成形铣刀⑺和成形车刀⑾：铣刀采用ф20直柄键槽铣刀修磨改制，铣刀侧刃长8.5mm，侧刃锥面为54°，侧刃前角为15°，侧刃后角为12°；车刀采用16×16的高速钢线切割加工、修磨改制，车刀尖角为54°，左侧刃后角为25°，右侧刃后角为0°。同时，螺纹小径上的螺旋升角为22.9°，车刀后角要大于螺旋升角，螺旋线为右旋，以保证车刀的后刀面和右侧刃都不会与工件发生干涉。

步骤二，工件装夹：工件装夹时，工件用垫片⑷和螺母⑸锁定在芯轴⑵上，芯轴⑵用卡盘⑴和顶尖⑹锁紧定位。

步骤三，刀具安装：刀具安装时，先装成形铣刀⑺后装成形车刀⑾，先把动力铣刀单元⑻安装在刀塔⑼上，再把成形铣刀⑺安装在动力铣削单元上⑻；先把刀座⑽安装在刀塔⑼上，再把成形车刀⑾安装在刀座⑽上；成形铣刀⑺和成形车刀⑾的伸出长度各为35mm。

步骤四，数控程序设计。数控程序设计时，设定宏程序和切削参数：包括刀具的赋值变量、切削主变量、单层走刀次数、单次轴向移动距离和实际坐标位置。设定切削参数时，齿侧单边留量1mm，小径单边留量0.3mm，每层切深为7.3mm，深度分4刀加工，铣刀转速3600r/min，z轴进给速度4000mm/min；设定宏程序时，对切削深度、每次下刀深度、槽深度、梯形螺纹的口部宽度、刀尖宽度等变量进行赋值，切削深度作为主变量，随着切削深度增大，每一层梯形螺纹槽的宽度变小，每一层的走刀次数也相应减小，设定的程序能够自动计算出每一层的走刀次数、刀具每次沿轴向移动的距离、刀具的实际坐标位置。螺纹粗加工的宏程序如下：

%

o1101(粗铣梯形螺纹)

g28u0(x轴返回参考点)

m37(排屑器启动)

m8(切削液开)

m50(铣削模式)

g28c0(c轴返回参考点)

g98(每分钟进给量)

t0404(调4号铣刀、调4号偏置)

m23p2s4000（铣刀正转、转速4000转）

#24=145(螺纹大径)

#1=54(齿形角)

#2=86.6(小径)

#3=116(中径)

#4=29+2(齿厚)

#6=114.3(导程)

#7=11.3(铣刀小端直径)

#8=850(螺纹长度)

#9=0(第一刀切深)

#17=7.3(每层切深)

#19=1(螺纹头数)

#21=80(进刀距离)

#23=30(退刀距离)

#27=atan[#6/[#24*3.1415]](大径螺旋升角)

#28=atan[#6/[#2*3.1415]](小径螺旋升角)

#101=[#7/2]/cos[#28]-[#7/2]/cos[#27](刀具在大径、小径法向距离的差值)

#102=#101/[[#24-#2]/2](#101变量值随着螺纹深度的变化量)

#11=[#24-#2]/2(螺纹深度)

#32=[#24-#2]/2+0.02(螺纹深度的终止值)

#12=fix[[#11-#9]/#17](在螺纹深度上的进刀次数)

#13=#11-#9-#12*#17(螺纹深度减去第一刀切深减去进刀次数乘以每层切深=余数，防止每层切深不能被螺纹深度整除，而出现螺纹深度欠切的现象)

#10=#9+#13+#17(第一刀切深加余数加每层切深=实际加工时的第一刀切深)

#14=tan[#1/2]*[#24/2-#3/2](齿厚的1/2与螺纹牙尖宽度1/2的差值)

#15=#6/#19-[#4/2-#14]*2(螺纹槽口部的宽度，是个固定值)

n13#16=#15-#10*tan[#1/2]*2-[#10*#102*2](st2)(加工中，在螺纹切削深度上，螺纹牙槽的实际宽度，是个变化值)

#31=fup[#16/#7](螺纹牙槽的宽度除以铣刀小端直径，然后上取整，等于螺纹牙槽宽度上的走刀次数，是个变化值)

#18=[#16-#7]/[#31-1](螺纹牙槽宽度上的走刀步距)

#30=#16/2-#7/2+0.05(螺纹牙槽每层的z轴终止值，以牙槽中心线为基准)

#20=#16/2-#7/2(螺纹牙槽每层的z轴起始值，以牙槽中心线为基准)

#29=#24-#10*2(切削时的实际x轴坐标值)

g0z#21（快速定位，z向起刀点）

n11g0c0(st1)（c轴快速到达零点）

g0x[#24+5]z[#20+#21]（快速定位，x轴以实际值正向偏置5mm，z轴以#20的值正向偏置80mm（就是#21，相当于坐标系正向偏移80））

w-[#20+50]h-[[#20+50]/#6]*360（z轴（经过#20+50运算后，就是z30）快速移动到z30位置，c轴快速转动相应的角度，目的是为了减少进刀线的长度，节约加工时间，w为z轴的增量，h为c轴的增量）

g1x#29f4000(直线切削进给到x轴坐标值)

g1w-[#8+30*2]h-[[#8+30*2]/#6]*360（螺纹切削，z轴移动工件长度+30*2，c轴转动相应的角度）

g0x[#24+10]（x轴快速退刀）

z[#20+#21]c0（z轴、c轴回到起始点）

#20=#20-#18（变量运算，螺纹在z轴方向上分层加工）

if[#20ge-#30]goto11(条件判断，当#20大于-#30时，回到n11循环加工)

#10=#10+#17（深度变量运算，分层加工。#17为深度步距）

if[#10lt#32]goto13（条件判断，当#10小于#32时，回到n13循环加工）

g0x[#24+50]（x轴快速退刀）

g28u0（x轴返回参考点）

m25（主轴停止）

m9（切屑液关）

m39(排屑器关)

m51（车削模式）

m30

%

螺纹精加工采用车削方式，先精车小径，然后精车梯形螺纹两侧面。精车切削参数：主轴转速50转/分、加工螺纹小径时，每次的轴向步距5mm；精车螺纹两侧面，每次切深2mm。螺纹精加工的宏程序如下：

%

o1102(精车螺纹小径)

m51（车削模式）

t0101

m3s50p1(第一主轴正转)

#1=29.2(齿深的起始值)

#2=0.2(深度加工步距)

#3=29.6(齿深的终止值)

#4=8(刀尖宽度)

#5=98（槽口部宽度）

n3#6=#5-#1*tan[27]*2（螺纹牙槽小径上的宽度）

#7=fup[#6/#4]（螺纹牙槽宽度的进刀次数）

#8=[#6-#4]/[#7-1](螺纹牙槽宽度上的走刀步距)

#9=#6/2-#4/2+0.05(螺纹牙槽每层的z轴终止值，以牙槽中心线为基准)

#10=#6/2-#4/2(螺纹牙槽每层的z轴起始值，以牙槽中心线为基准)

#11=145-#1*2(切削时的实际x轴坐标值)

n5g0x160z[#10+80]（z0位于工件端面80mm处）

g1x#11f2000(x轴进刀)

g32z[-850-80-30]f114.3(螺纹切削加工)

g0x160(x轴快速退刀)

z0(z轴回到零点)

#10=#10-#8（变量运算，z轴方向上分层加工）

if[#10ge-#9]goto5

#1=#1+#2（深度分层）

if[#1le#3]goto3

g0x200

z0

m30

%

%

o1103(精车螺纹两侧面)

m51（车削模式）

t0101

m3s50p1(第一主轴正转)

#1=1.6(第一刀切深)

#2=2(深度步距)

#3=29.6（齿深）

#4=8(刀尖宽度)

#5=100.33（槽口部宽度）

n3#6=#5-#1*tan[27]*2(随着螺纹切削深度变化，螺纹牙槽的实际宽度，是个变化值)

#10=#6/2-#4/2(螺纹牙槽每层的z轴起始值，以牙槽中心线为基准)

#11=145-#1*2(切削时的实际x轴坐标值)

g0x160z[#10+80]（z0位于工件端面80mm处）

g1x#11f2000(x轴进刀)

g32z[-850-80-30]f114.3(螺纹切削加工)

g0x200

z0

g0x160z[-#10+80]

g1x#11f2000(x轴进刀)

g32z[-850-80-30]f114.3(螺纹切削加工)

g0x200

z0

#1=#1+#2（深度分层）

if[#1le#3]goto3

g0x200

z0

m30

%

步骤五，自动加工。自动加工时，完成以上操作步骤，启动开关，设备即按设定程序分别完成各个加工过程：以分层铣削方式进行螺纹粗加工，以先精车小径、后精车梯形螺纹两侧面的方式完成螺纹精加工。