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数控车床车削一般螺纹的处理方式


     目前,高档数控设备中,单台价格在七八十万元的全功能数控车床或立式加工中心还不能直接加工这类特殊螺纹,只有带动力刀塔的车削中心及带复杂工装或者数控旋转轴的立式加工中心才有解决的可能性,但要最终解决,单就数控编程而言,其难度相当大,只有数学功底厚实、富有经验的高级编程人员才能完成。因此,不利于中小企业。
     那么,如果能开发一种单价在十来万元的专用数控车床,既能作为一般数控车床用,又能加工这些特殊螺纹,其市场前景及社会效益显然是乐观的。为此,我们进行了下述研究。
    2 数控车床车削一般螺纹的处理方式
    为了找到突破口,应首先了解和分析数控车床车削一般螺纹的过程:
   如图1所示,每车一刀分三段,A-B段为加速段或叫助跑段,刀尖由静止加速至车削速度;B-C段为恒速段,也是车削螺纹段,其速度应为当主轴转一圈时,刀尖刚好均匀前进一个螺距(导程);D-C段为减速段,刀尖由车削速度降至静止。也就是说,真正加工只是B-C段,A-B段和C-D段只是作为必不可少的助跑及降速段。
          

             

                                                                                               图1
     加速段及减速段是数控系统的控制器先根据主轴转速及螺距信息,结合系统自身设置或“ 内定”的各项参数事先“ 计划”好,编排出加速段及降速段的固定模式,每刀车削的开始阶段与结束阶段,严格按模式进行。
    一般螺纹加工不可能仅一刀就车好,往往要车几刀或几十刀,那么车第二刀、第三刀直至最后一刀,每刀都要在工件圆周上先找到圆周上的起始点,即找到起跑点,而且助跑段与降速段也要完全一致,仅仅是深度方向(即X向)改变而已。只要起跑点、助跑段、降速段三者之一略有改变,就会发生后一刀盖不住前一刀的现象,即俗称的“ 乱牙”,根本车不出螺纹来。
     数控车床在车螺纹时,其控制器也就是微机部分处于“ 精神高度集中”状态,主轴在旋转时,由检测装置将主轴转动信息以脉冲信号的方式源源不断地送回到控制器,控制器根据脉冲按螺距要求及时地发出“ 向前进指令,如果有锥度、收头收尾则更繁忙了。其示意图如图2。
                                      

                        
                                                                                                图2
      以上四点是数控车床车螺纹的基本处理特点。再分析收头收尾,如图3。

 
                                                                                                图3
      收头收尾是在螺纹车削过程中,在螺距不变的情况下,X轴作进刀及退刀运动。它有如下几个特点:
     收头收尾是在助跑与降速段之外,在恒速段两端,即B-E和F-C段。
     实际上,收头收尾段B-E及F-C段内也有助跑与降速,只是因为X向运动链的机械惯量比Z向小多了,所以响应快,升降速就快而短。同时,因为是Z轴在确保螺距,这时的升降速无论对视觉效果或是使用效果均无明显影响,一般不做专门考虑。
    收头收尾时一个值得注意的问题是,同一时间内,X向的指令脉冲数不宜过分大于Z向的指令脉冲数,因为车削螺纹时的核心问题是确保螺距正确,Z轴为主运动,重点是Z轴的运算,X轴只能作为“穿插”而已,如果“穿插”过分,会影响控制器的处理速度与能力。我们从图3中可看出这点。
    3 从瓶盖、瓶口模具的螺纹加工工艺概括出的基本特点
     对于具有典型意义且难度较高的特殊螺纹就是分段且收短头及收短尾的特殊螺纹。其特点如下:
    如图4,每刀螺纹一开始加工后,“向始终按螺距运动,而X向分段作收短头—停住(正常车螺纹)—收短尾—自然空出一段(不车螺纹)—收短头的循环运动,分几段则循环几次,不分段则刚好为一标准收头收尾螺纹。

 

                                                                                        图4

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