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螺纹加工及其在车削和铣削方面的进展
作者:王刚 章宗城
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车刀/镗刀展厅
车刀, 槽刀, 切断刀, 倒角刀, 镗刀, ...
螺纹加工方法很多,近代生产与科技的发展特别是CAD/CAM等计算机编程与控制技术的发展,使螺纹加工出现了崭新的变化,以前不可想象的事渐渐都得以实现。

瓦格斯(Vargus)公司是以色外列专业制造螺纹加工刀具,研究螺纹加工工艺的著名厂商。它以VARDEX为商标的各类刀具持续地在世界处于领先地位。下面以它们的新产品,说明当今在这方面的发展。

(一)螺纹车削及其刀具的发展

螺纹车削是螺纹加工的基本形式,也是成形车削的一种特殊形式。加工时,工件转一圈,刀具平雅一个螺纹导程。以车削外螺纹为例,部分牙型的螺纹车刀两侧刃切出螺纹表面,顶刃切出牙根。全牙型的螺纹车刀尚可精加工牙顶,控制螺牙的尺寸精度。部分牙型的螺纹车刀可在一定范围内加工同一螺旋升角,不同螺距,不同直径的同类螺纹。全牙型的只能加工一种类型,一种螺距的螺纹。切削运动,一般分主运动与辅助运动。螺纹车削时的旋转与轴向平移都是构成螺纹加工的主运动。只有车削过一次后,螺纹车刀逐次切入至全牙深的走刀才是辅助进给运动。作为辅助的走刀进给运动切入方法一般有三种:(图1)。

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图1 三种切入方法

(1)径向切入法——即走刀方向垂直于旋转主轴。其优点是①使用方便,可用标准螺纹车削程序。②通用性好,变更走刀量等容易。③左右两侧刃同时切削,磨损均匀。缺点是 :①只适小螺距加工(一般1.5mm以下)②切屑处理性差,只适生成短屑的材料。③走刀后半期,因切刃接触长度变长,易发生颤振。④刀尖圆角半径处负荷集中且大。

(2)侧向与侧向改进切入法——当螺距大于1.5mm为避免径向切入法的缺点可用本法,即沿一侧刃斜向切入。如若完全沿右侧切入,即侧向切入,右刃走刀量等于零,右刃后刀面磨损严重。故宜采用改进型侧向切入法,如上图。此法切入方向与右侧成1°-3°,总切削力下降,加工表面光洁度高,切屑流出方向可控,切屑处理性好。适梯形螺纹等加工。缺点是 :编程难度提高,走刀量变更难。有必要编制新的NC程序。

(3)交错式切入法——推荐用于大螺矩及长切屑材料的加工。优点是:刀刃两侧磨损均匀,切削力低,加工表面光洁。缺点是编程复杂 (某些机床可能将它作为标准程序)走刀量变更难,切屑处理性差,切屑流向左右,可能常有缠绕情况。

Vargus的螺纹车削TT Gen软件可让您选用恰当的螺纹车刀,并在几秒钟内根据您的用途选择最适合的切削方案。

Vargus公司在螺纹车削刀具上的进展为:

(1)使用多齿刀片,如M+型有2-3刀齿,Z+型有2刀齿,T+型刀齿最多可达8刀齿。多齿刀片的优点是①各齿可分别完成粗,半精,精等加工。原来单刃齿螺纹车刀走刀次数须多达十余次,甚至二十余次,现只用1-4次即可完成。大大提高了生产效率。②配置了切削负荷。③从而延长了刀具的寿命。一般标准单刃齿和上述几种多刃齿刀片常做成三角形可转位式的。因它们的法后角不为零度。上下面不相同,故只能转位三次用三个刃。(图2)。

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图2 多刃齿刀片

(2)可用六个刃齿的V6型刀片(图3)。

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图3 V6型刀片

V6型刀片正反两面各有3个刀齿可用,这样一片刀片可转位使用六次。这种刀片购买时,每盒带有一个V6专用刀垫,用它即可装在标准刀杆上。它的每个刀齿性能,用途一致,由于可使用刀齿多,相当刀具寿命翻倍,又大大降低了成本。

螺纹车刀径向安装时,若当它们的前刀面与工件轴向截面相重合,即顶刃的前角为0°时,刀具的牙型即加工出工件的牙型,无牙型误差。当为了提高生产效率与加工表面光洁度,前角不为0°时,就会产生牙型误差。螺纹车刀有一个顶刃,二个侧刃,它们的前后角是相互关联的。二者的大小与变化与刀具耐用度,切削力,加工质量有关。单刃螺纹车刀的二侧刃切削左右螺旋面时,形成有二个侧前角,据前角定义可知左侧前角为“+”值,右侧前角为“-”值,左侧后角小,右侧后角大。二侧刃切削条件不同,加工表面质量也不同。为此单刃螺纹车刀在螺纹升角较大时,须加角度刀垫使螺纹车刀片垂直于左右螺纹面法向安装。多刃齿刀片仅能径向安装。

(二)螺纹铣削工艺及其刀具的开发与进展

前述螺纹车刀刀片由单齿发展至多齿可以大为降低走刀次数。新型的螺纹铣削刀具,不但在圆周上分布许多刀片,而且每片刀片都是多刃齿的。可知它的生产率,更高于车削。

实践螺纹铣削数控机床必须具备3轴联动以实现螺纹插补功能,由机床控制刀具走出螺旋轨叟。为在圆柱体上形成螺旋型面,需由X-Y平面的圆孤插补运动与垂直此平面Z轴的线性直线运动联动完成。具体加工时是由刀具的转动和机床的螺旋插补形成,在一个圆周插补过程中,利用刀具的几何形状同时刀具轴向移动一螺距。加工出螺纹。

螺纹铣削前可采用3种切入方法:

(1)圆弧切入法—刀具沿圆弧逐渐切入。本法刀具切入切出平稳,加工后无切削痕叟,不产生振动。硬材加工质量也好。但其程序编制较复杂。建议在加工精密螺纹时用此法。

(2)径向切入法—刀具沿径向切入,本法使用简单,但切入切出处会残留垂直切痕,切痕不会明显影响螺纹质量。在加工硬材料时,当切入接近全牙形时由于刀具与工件接触面积大,有可能产生振动。故为了避免振动,当接近切入全牙时,应使走刀量下降到螺纹插补进刀量的1/3。

(3)切向切入法—本法较简单,并具有圆弧切入法的优点,但本法仅适合外螺纹加工。

大多数数控机床,在编程时要求采用刀具中心进给编程。刀具的进给速度由刀具中心的进给速度F2大小决定,但刀具中心的进给速度没有直接给出。可由二者的关系式求得。见图4 。

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图4 铣刀中心进给速度F2计算

Vargus公司在螺纹铣削刀具的产品称MiTM超高速螺纹铣削系统。其中M表多槽(Multi-flute)i表可换Q刀片(Indexable)TM表铣削(Thread Mill)。此系统包括①适合于小孔螺纹加工的MiTM24(M)类。②适合于标准应用的MiTM25(S)类。③适合于长螺纹加工的MiTM40(L)类。④适合于大螺距加工用的MiTM41(B)类。见图5。

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图5 MiTM可换刀片螺纹铣刀

Vargus公司另一类可换刀片的螺纹铣削刀具是专为深孔螺纹加工用的TMSD系统。它现包括:①适合于深小孔螺纹加工的Mini L类型。它使用L形刀片,每刀片可转位用两刀角,刀杆有钢制威尔登式和整体硬质合金两类。每个刀杆顶部可装3刀片。它可加工自M14×0.5起,深达65mm的螺纹。②适合于盲孔深孔加工的“A”类型铣刀杆。其顶端装3片偏头单齿三角形A形刀片。可加工自M28×1.5起,深达144mm的螺纹。③适合于深孔大螺距加工的“U”类型,最大螺距达8mm,这类刀杆有威尔登式,整体硬质合金式,钢制圆柱式,和套式铣刀。前两种最小加工螺纹直径自M16×0.5起,深度分别达120mm和80mm。后两种最小加工螺纹直径分别为M24×0.5和M45×0.5深度分别达144mm和200mm。

整体硬质合金螺纹铣刀是该公司另一大类产品。它主要用于小孔螺纹加工。它既包括一般直槽和螺旋槽的整体螺纹铣刀外,尚包括各类带螺旋冷却油孔的,微型的和深孔加工用的整体螺纹铣刀。

带螺旋冷却油孔的,泠却油有的可以从顶端喷出,有的可从径向喷出。

有的仅能加工螺纹,有的尚可加工倒角,甚至钻孔,切出螺纹退刀槽。图6为其加工过程。可知在计算机的控制下结合刀具的特点,一把刀具多功能地一次完成了多种型面加工。

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图6 多种型面一次加工完成

单齿微型整体硬质合金螺纹铣刀有;最小可加工M1.0×0.25(No。0-80UNF)的。有可加工高硬材料(HRc62)的。也有做成并列两刃齿,前刃齿作粗加工,后刃齿作精加工的。

(三)可实现镗孔,切槽,车螺纹工序集中的micrOscope规格类.

此规格包括小型车螺纹;镗直孔,镗仿形孔;切孔内直槽,圆弧槽,端面内槽,端面外槽,切断等用的小刀头。各小刀头可方便地插装在特殊专用刀杆中。用定位销准确确定小刀头刀尖高度和轴向位置。用一个大螺丝钉可将刀头固紧。有2冷却液孔可喷出冷却液冷却刀具冲走切屑。(图7)。

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图7 简易准确实用的可换刀头刀杆

各类小型刀具可安装在机床上,实现在一次安装下,工序集中地完成多种表面的加工,从而大大地提高了生产效率。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (11/8/2010)
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