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機(jī)械螺紋類零件數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)淺析

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機(jī)械螺紋類零件數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)淺析

0引言

綜合國力的高低與國家制造業(yè)水平之間存在著緊密聯(lián)系,作為我國醫(yī)學(xué)、生物及航天等領(lǐng)域可持續(xù)性發(fā)展的重要基礎(chǔ),制造業(yè)的興衰決定著人們的生產(chǎn)生活質(zhì)量。以制造業(yè)中不可或缺的重要機(jī)械設(shè)備數(shù)字控制機(jī)床為例,對數(shù)字控制機(jī)床加工技術(shù)做持續(xù)創(chuàng)新與優(yōu)化具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義,其也是提升零件整體制造質(zhì)量與效率的關(guān)鍵因素。

1加工原理分析

針對螺紋零件進(jìn)行加工的過程中,通常采取數(shù)字控制機(jī)床作為零件加工的主要機(jī)械設(shè)備,確保螺紋零件的加工準(zhǔn)確度。為將零件加工環(huán)節(jié)的安全性與質(zhì)量進(jìn)一步提升,為現(xiàn)代工業(yè)可持續(xù)性發(fā)展注入新的力量,優(yōu)化并完善加工流程,融入更多的創(chuàng)新技術(shù)思維極為重要。內(nèi)螺紋、單線螺紋、外螺紋及固定螺紋等是現(xiàn)階段螺紋零件的主要加工類型,傳統(tǒng)零件螺紋加工通常情況下以線路類型為基礎(chǔ)決定切割線路。車削加工技術(shù)是機(jī)械加工經(jīng)常應(yīng)用的技術(shù)類型,通過機(jī)械傳動方式驅(qū)動刀具,即可達(dá)到零件加工目的。零件加工質(zhì)量的提升是車床加工方法應(yīng)用后所突顯出的主要優(yōu)勢,且能夠極大地縮短加工時間[1]。坐標(biāo)式、尺寸測量等是典型的數(shù)字控制機(jī)床加工零件時所應(yīng)用的測量手段,從而掌握零件尺寸與位置等數(shù)據(jù)的全面性。在對螺紋類零件做加工處理時,為減少誤差累積,就應(yīng)改動所應(yīng)用局部標(biāo)注法中的部分尺寸數(shù)值,以獲得更為準(zhǔn)確的切削結(jié)果。在應(yīng)用數(shù)控技術(shù)時,要確保刀路使用能夠盡量簡潔化,使數(shù)控機(jī)床能夠有序開展切削程序,數(shù)控機(jī)床在對機(jī)械螺紋類零件進(jìn)行加工時應(yīng)避免產(chǎn)生輪廓誤差。此外,需要確保螺紋類零件的加工精準(zhǔn)性,在對零件拐點(diǎn)進(jìn)行處理的過程中,應(yīng)避免出現(xiàn)直角過渡現(xiàn)象。還應(yīng)確保刀路材料使用的合理性與均勻性,最大限度地將所使用材料對刀具的沖擊降到最低,為提升零件的整體加工精度奠定基礎(chǔ)。除此之外,作為操控人員,應(yīng)保證自身對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、操作流程等了解的全面性,繼而避免出現(xiàn)加工誤操作現(xiàn)象,提升零件加工質(zhì)量的同時,其加工效率也將有明顯提升。

2加工技術(shù)研究

確定所制作螺紋零件坐標(biāo)系與基準(zhǔn)后,即可確保零件定位的準(zhǔn)確性。同時應(yīng)將編制完成的操作程序輸入至操作系統(tǒng)中,繼而使得所應(yīng)用的數(shù)控系統(tǒng)在預(yù)定程序的指引下達(dá)到零件自動加工的目的。相較傳統(tǒng)加工技術(shù),應(yīng)用數(shù)控機(jī)床技術(shù)后,機(jī)械螺紋類的零件無論是加工效率還是精度,均有明顯提升。

2.1螺紋切削

在切削螺紋時,通常需要選擇使用模具或已經(jīng)成型的刀具以達(dá)到螺紋加工目的,其中包含車削、攻絲、銑削等工序。在對螺紋做車削、銑削處理時,對于工件來說每一轉(zhuǎn)均應(yīng)確保機(jī)床傳動鏈運(yùn)動的均勻性與準(zhǔn)確性(沿工件軸方向)。此外在攻絲或套絲過程中,還應(yīng)保證使用絲錐或板牙的運(yùn)動有序性(相向旋轉(zhuǎn)),該過程中的螺紋溝槽起到了引導(dǎo)刀具做軸向移動的作用。使用數(shù)控機(jī)床車削螺紋的過程中,需要應(yīng)用成形車刀或螺紋梳刀來實(shí)現(xiàn)螺紋車削目標(biāo)。由于在此環(huán)節(jié)所使用的成形車刀結(jié)構(gòu)較為簡單,因此相對其他類型的刀具,其在應(yīng)用于小批量零件加工過程中表現(xiàn)出了極佳的應(yīng)用優(yōu)勢[2]。若使用螺紋梳刀作為車削螺紋的刀具,雖然其結(jié)構(gòu)本身較為復(fù)雜,但從整體來看其生產(chǎn)效率卻極高,在大批量生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用優(yōu)勢較為突出。一般情況下,所應(yīng)用的普通車床的螺距車削精度為8~9級,而若能夠選擇使用具有專業(yè)性特征的新式數(shù)控機(jī)床,無論是螺紋的加工精度還是加工效率,相較以往均有不同程度的提升。

2.2螺紋銑削

梳形螺紋銑刀或盤形銑刀是較為常見的應(yīng)用于螺紋零件加工過程中的刀具,螺紋銑削技術(shù)的應(yīng)用效果與刀具類型、質(zhì)量及速度等均有極為密切的聯(lián)系。以盤形銑刀為例,其完成銑削任務(wù)通常使用銑削絲桿與蝸桿,共同對需求的工件梯形外螺紋做銑削處理,而梳形螺紋銑刀則能夠銑削出內(nèi)外普通螺紋與錐螺紋。相較于盤形銑刀而言,該類型銑刀的螺紋加工長度要更長。因此,對機(jī)械螺紋類的零件而言,運(yùn)用梳形銑刀的數(shù)控機(jī)床,僅需要1.25~1.5轉(zhuǎn)即可加工完成,能夠極大地提高零件的加工效率。通常情況下,通過應(yīng)用螺紋銑削加工技術(shù),能夠?qū)⑵渎菥嗑瓤刂圃?~9級之間,且粗糙度能夠達(dá)到R5~0.63μm的級別。此類加工技術(shù)通常被應(yīng)用于對機(jī)械螺紋精度要求不高的零件制造過程中,以批量化粗加工作為該技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域。

2.3螺紋磨削加工技術(shù)

此類技術(shù)以螺紋磨床為主,其能夠?qū)σ呀?jīng)做淬硬處理過后的工件做高精密的螺紋加工。從砂輪截面形狀的角度區(qū)分,螺紋磨削分為單線磨削加工技術(shù)與雙線磨削加工技術(shù)。單線磨削進(jìn)行零件加工以單線砂輪為主,為其修整提供了方便條件,無論是對蝸桿還是精密絲桿,均在實(shí)施小批量磨削加工措施后表現(xiàn)出了明顯技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢。多線磨削加工方式以多線砂輪為主,從加工技術(shù)的角度來看分為分縱磨法與切入磨法兩種工藝類型。一般情況下用于分縱磨法的砂輪寬度相較被磨螺紋的長度要小很多,此類砂輪在單或多次縱向移動過程中,其進(jìn)行移動的行程與螺紋最終磨削尺寸相等[3];切入磨法砂輪寬度長于螺紋長度,需要以徑向的方式將其切入至工件表面,并將工件旋轉(zhuǎn)(1.25圈)即可實(shí)現(xiàn)預(yù)期的磨削目標(biāo),整體來看該種工藝的生產(chǎn)效率極高。但從實(shí)際應(yīng)用情況來看,切入磨削方法無法保證足夠的加工精度,且修整砂輪程序較為復(fù)雜,因此若標(biāo)準(zhǔn)螺紋以緊固用途為主則多使用多線砂輪,而若有大批量磨削需要,則一般采取絲錐研磨法。

2.4螺紋研磨與攻絲套絲

制造螺紋加工模具的材料多為鑄鐵或其他較軟材質(zhì),而從螺紋研磨加工技術(shù)的應(yīng)用角度來看,若工件中產(chǎn)生較大螺距誤差的螺紋部位存在,則應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對其做正向或反向的研磨處理(旋轉(zhuǎn)),以提升整體螺距加工精度。通常情況下,采取研磨技術(shù)后同樣能夠?qū)σ呀?jīng)做淬硬處理的內(nèi)螺紋予以進(jìn)一步加工。數(shù)控機(jī)床針對工件使用自動旋轉(zhuǎn)絲錐對其施加扭矩,即可完成工件的內(nèi)螺紋加工,這一過程被稱之為攻絲;套絲是利用板牙對外螺紋進(jìn)行加工。此類加工技術(shù)應(yīng)用過程中,無論是所應(yīng)用的板牙還是絲錐,其精度均會對螺紋的加工精度造成影響。除去車床、鉆床能夠完成螺紋加工任務(wù),較為常見的針對單一零件的套絲方法主要為手工或使用套絲機(jī),同樣能夠?qū)α慵鎏捉z處理。

2.5螺紋滾壓加工技術(shù)

2.5.1技術(shù)原理。在工件加工時,應(yīng)用成型滾壓模具,可以使工件在加工的過程當(dāng)中產(chǎn)生塑性的變形,繼而實(shí)現(xiàn)螺紋加工的目的。在應(yīng)用數(shù)控機(jī)床對零件螺紋加工中,采用套絲、攻絲時,常將自動開合螺紋滾壓頭安裝在機(jī)床上。與此同時,還要配好滾絲機(jī)、搓絲機(jī)。該加工技術(shù)適用于對標(biāo)準(zhǔn)緊固件、螺紋連接件當(dāng)中的外螺紋進(jìn)行大批量的加工,滾壓螺紋的外徑一般應(yīng)該是低于25mm,螺紋的長度則應(yīng)小于100mm。應(yīng)用此項(xiàng)加工技術(shù)之后,螺紋精度水平普遍在2級以上,批件全部直徑與螺紋中徑基本一致。倘若只是應(yīng)用滾壓模具,很可能無法加工內(nèi)螺紋。然而在工件材質(zhì)較軟的情況下,應(yīng)用無槽擠壓絲錐,可以做到冷擠內(nèi)螺紋,此種加工原理與攻絲較為相近。在實(shí)施冷擠時,無槽擠壓絲錐的扭矩確保高于1倍攻絲,而且在精度及加工表面質(zhì)量方面,也要高于攻絲。2.5.2優(yōu)點(diǎn)。螺紋滾壓加工技術(shù)優(yōu)點(diǎn)較多,主要體現(xiàn)為:1)與銑削、磨削等相比較,螺紋加工后,表面粗糙度更小;2)在對螺紋進(jìn)行滾壓加工之后,其表面因?yàn)槔浼庸ざ不?,因此,可以提高加工件的硬度與強(qiáng)度;3)相比于切削加工,雖然螺紋滾壓生產(chǎn)率較低,但對材料利用率較高,經(jīng)過數(shù)控機(jī)床操作后,可以達(dá)到應(yīng)用自動化技術(shù)加工螺紋的目的;4)滾壓模具使用壽命較長,保證材料硬度低于HRC40。但該技術(shù)對毛坯尺寸精度要求較高,并且在滾壓模具硬度及精度上也有著很高的要求。2.5.3技術(shù)要點(diǎn)。在數(shù)控機(jī)床中,參照不同的滾壓模具,可將螺紋滾壓分為滾絲與搓絲。1)滾絲包含徑向滾絲、切向滾絲、滾壓頭滾絲。徑向滾絲需要2個或3個滾絲輪安裝在平行軸上,其有著螺紋牙形特點(diǎn),工件在兩輪間的支承位置上。加工時,兩個滾絲輪會在相同方向、相同速度下旋轉(zhuǎn)。在旋轉(zhuǎn)過程中,其中有一個滾絲輪會進(jìn)行徑向進(jìn)給,并且在滾絲輪帶動下,工件也可以旋轉(zhuǎn)。在此種狀態(tài)下,會因?yàn)閺较驍D壓,使得工件的表面形成螺紋。在對絲桿加工時,如沒有過高精度要求,也可以應(yīng)用該方法加工。切向滾絲也可以稱之為行星式滾絲,其滾壓工具的構(gòu)成主要有3塊固定弧形絲板和1個旋轉(zhuǎn)的中央滾絲輪。在加工滾絲過程中,做到不間斷地送進(jìn)工件。與搓絲、徑向滾絲相比較,其生產(chǎn)率更高。應(yīng)用數(shù)控機(jī)床,將滾壓頭滾絲自動化加工成自螺紋,一般可以把工件中的短螺紋進(jìn)行加工。有3~4個的滾壓頭在工件外周滾絲輪上均勻分布,滾壓時會在驅(qū)動作用下旋轉(zhuǎn)。為能夠使工件被滾壓出相應(yīng)的螺紋,滾壓頭需徑向給進(jìn)。2)搓絲可以錯開布置搓絲板,間距為螺距的一半,將兩塊含有螺紋牙形的進(jìn)行處理。在布置時,保證靜板固定不變,動板則進(jìn)行往復(fù)、平行的直線動作。倘若工件位置在兩板之中,為保證工件表面可以塑性變形,則要應(yīng)用動感實(shí)施前進(jìn)搓壓,達(dá)到產(chǎn)生對應(yīng)螺紋的目的。

3數(shù)字控制機(jī)床對螺紋零件加工過程分析

數(shù)控機(jī)床對于機(jī)械螺紋類零件的加工過程如下:1)在機(jī)械螺紋類零件方面,不僅要保證圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的質(zhì)量,還要合理選擇刀具、工件,以及程序的編寫。2)在加工時,操作人員要嚴(yán)格參照設(shè)計(jì)圖紙。為了不對零件加工精度造成影響,需要確保圖紙中涵蓋機(jī)械螺紋類零件的各個尺寸及精度的說明。3)在加工之前,需要確保數(shù)控機(jī)床的編程能夠提前預(yù)留出足夠的余量,這是為保證在依照編寫的程序加工時,可以靈活補(bǔ)償機(jī)械間隙。此外,還要盡可能地確保一次裝夾便能夠使端面能夠順利地加工。4)在過程中,操作人員需要不斷完善計(jì)算機(jī)程序。由于計(jì)算機(jī)有著較強(qiáng)計(jì)算、識圖作用,為此可以提高改進(jìn)編程的效果,使其具有較高精準(zhǔn)性,繼而在加工時避免各種問題的產(chǎn)生,并且還可以保證零件的精度。在應(yīng)用數(shù)控機(jī)床加工機(jī)械螺紋類零件時,操作人員還應(yīng)細(xì)致并且深入的研究相關(guān)工藝流程、圖樣等。為提升零件加工生產(chǎn)率,還應(yīng)從中選擇出最為適合加工技術(shù)的能力。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙顯示的要求,還應(yīng)事前設(shè)計(jì)以及完善走刀路線,確保走刀路線能夠在設(shè)計(jì)圖紙中得到有效落實(shí),并使編程步驟得到簡化。在加工過程中,操作人員還應(yīng)全面性了解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、操作流程、系統(tǒng)瑕疵等,為防止在使用時發(fā)生意外事件,在保證工件加工質(zhì)量的同時,使機(jī)械螺紋類零件的加工效率能夠不斷低提高。

4結(jié)論

綜上所述,科技的進(jìn)步使得數(shù)控機(jī)床自動化加工技術(shù)獲得了更多的發(fā)展與完善。通過在技術(shù)應(yīng)用過程中融入更多的創(chuàng)新思維,在將產(chǎn)品綜合性進(jìn)一步提升的同時,現(xiàn)代工業(yè)的生產(chǎn)程序也將得到全方位的優(yōu)化,為我國現(xiàn)代工業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn):

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作者:劉麗娜 田曉光 李曉娟 單位:黃河交通學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院