蒙海軍

【摘 要】 主要介紹了所設(shè)計(jì)的數(shù)控絲錐磨床擠壓絲錐控制軟件。研究了擠壓絲錐的多邊形截面鏟磨工藝特點(diǎn)。采用TRIO運(yùn)動(dòng)控制器的電子凸輪功能及虛擬軸技術(shù)著重解決了擠壓絲錐前錐螺紋與多邊形截面鏟磨運(yùn)動(dòng)軌跡疊加、解決了前錐螺紋與校直螺紋過(guò)渡區(qū)齒頂螺距誤差問(wèn)題。采用觸摸屏人機(jī)對(duì)話實(shí)現(xiàn)了擠壓絲錐加工的顯示、控制和管理的數(shù)控化。

【關(guān)鍵詞】 擠壓絲錐 過(guò)渡區(qū) Trio運(yùn)動(dòng)控制器 電子凸輪 虛擬軸 鏟磨

引言

隨著有色金屬、合金等具有良好塑性材料的廣泛應(yīng)用，尤其是IT產(chǎn)業(yè)加工內(nèi)螺紋，如使用切削絲錐則有切屑排出。冷擠壓無(wú)屑加工是一種新的內(nèi)螺紋加工方法，即采用冷擠壓的方法使工件底孔產(chǎn)生塑性變形而形成內(nèi)螺紋，且螺紋表面光潔度、強(qiáng)度和耐磨性較高。該工藝的應(yīng)用日益廣泛而擠壓絲錐的磨削加工也越來(lái)越受到人們的重視。國(guó)內(nèi)工具行業(yè)加工擠壓絲錐的設(shè)備大多都是傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)的螺紋磨床。其多邊形截面鏟磨調(diào)整麻煩，且存在過(guò)渡區(qū)齒頂螺距誤差問(wèn)題。部分企業(yè)選用國(guó)外進(jìn)口全自動(dòng)數(shù)控?cái)D壓絲錐磨床，但價(jià)格昂貴維護(hù)不便。根據(jù)市場(chǎng)需求在原數(shù)控絲錐磨床加工切削絲錐的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了擠壓絲錐控制軟件。

一、 主要數(shù)控軸介紹

（1）Z軸（軸4）：工作臺(tái)縱向移動(dòng) （2）X軸（軸2）：砂輪座橫向進(jìn)給 （3）C軸（軸3）：工件主軸（裝Z軸上）。

二、擠壓絲錐的工藝性研究

（1）截面形狀設(shè)計(jì)（有2 ～8棱型以三棱型截面為例說(shuō)明如圖1）。截形人機(jī)設(shè)置參數(shù)有：棱頂圓角θ、落一弧角β1、內(nèi)一圓角γ1、升一弧角β2；鏟磨量K。

（2）擠壓絲錐外形（如圖2，M3×0.5絲錐）

a.前錐區(qū)牙：前錐角α（以15度為例）、前錐牙數(shù)L5（以3牙為例）；

b .校直區(qū)牙：螺紋齒頂高低一致。c.過(guò)渡區(qū)牙：如圖4齒底從A點(diǎn)到B點(diǎn)工件轉(zhuǎn)1圈的區(qū)域?yàn)榍板F區(qū)到校直區(qū)螺紋的過(guò)渡區(qū)。d、螺紋全長(zhǎng)（L）有倒錐、螺紋尾端有尾錐。

（3）加工工藝：如圖2工序分：外圓和螺紋加工。外圓加工前錐三個(gè)牙山為梯階形，梯階寬度為P，單梯階高H=p*Tanα（前錐高3H）。螺紋加工時(shí)需要將工件右移P/2，保證梯階折點(diǎn)被齒底吃掉。且為保證前錐與校直齒頂寬度一致，螺紋加工時(shí)前錐高2.5*H。

（4）過(guò)渡區(qū)齒頂螺距誤差分析：傳統(tǒng)螺紋磨床螺距為機(jī)械掛輪結(jié)構(gòu)，齒底螺距恒定。但過(guò)渡區(qū)存在齒頂螺距誤差問(wèn)題。在實(shí)際攻絲過(guò)程中過(guò)渡區(qū)齒頂受力大，易崩裂。如圖3過(guò)渡區(qū)棱脊齒頂寬0.06mm，過(guò)渡區(qū)棱脊處相鄰齒頂螺距0.48 mm。前錐和校直區(qū)齒頂寬0.1mm，齒頂螺距0.5mm。為保證過(guò)渡區(qū)齒頂螺距正確。如圖4采用逆向推導(dǎo)法，將前錐及校直螺紋齒頂螺距按照P值排列。將所有螺紋齒底用描點(diǎn)法連接。結(jié)果螺紋齒底過(guò)渡區(qū)軌跡為AB斜線段，且AB間距離為P+ΔX.補(bǔ)償值：ΔX= P/2*Tan30*Tanα，α表示前錐角度，P表示螺距。

三、 數(shù)控化數(shù)學(xué)建模

采用軌跡分解法：將軌跡分解為兩種較簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型，再進(jìn)行兩種數(shù)學(xué)模型的疊加，形成一種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡。

（一）前錐與多邊形截面鏟磨--X軸數(shù)學(xué)建模

（1）虛擬軸軸6數(shù)學(xué)模型：軸6的運(yùn)動(dòng)軌跡為擠壓絲錐前錐。工件360度取100個(gè)點(diǎn)?？刂迫缦聢D5、圖6。Table列表軌跡程序如下：

FORi=18001 TO（18001+（L5-1）*100）1至2牙前錐區(qū)

TABLE（i，-P*tanα*（i-18001/100）） NEXTi

FORi=（18001+（L5-1）*100）TO（18001+ L5*100）外圓過(guò)渡區(qū)

TABLE（i，-P*tanα*（L5-1）-P*tanα*（（i-（18001+ （L5-1）*100））/100）） NEXTi

FORi=（18001+（L5-1）*100）TO（18001+ L5*100）螺紋過(guò)渡區(qū)

TABLE（i，-P*tanα*（L5-1）-tanα*P/2*（（i-（18001+（L5-1）*100））/100）） NEXTi

運(yùn)動(dòng)程序?yàn)椋篊AMBOX（18001，18001+ L5*100，16，L5*100*360，3）AXIS（6）

（2）軸2數(shù)學(xué)模型：軸2的鏟磨運(yùn)動(dòng)軌跡為多邊形截面。電子凸輪定義為1度100個(gè)點(diǎn)三棱型120度12000個(gè)點(diǎn)。螺紋全長(zhǎng)循環(huán)控制如下圖7。其電子凸輪Table列表軌跡程序如下：

FORi=0 TO（θ*50）棱頂圓角 FOR i=（θ*50）TO（θ*50+β1*100）落1弧角

TABLE（i，0） NEXTi TABLE（i，K*（i-θ*50）/β1*100） NEXTi

FORi=（θ*50+β1*100）TO（θ*50+（β1+γ1）*100）內(nèi)1圓角

TABLE（i，K） NEXTi

FORi=（θ*50+（β1+γ1）*100）TO（θ*50+（β1+β2 +γ1）*100）升1弧角

TABLE（i，K-K*（i-（θ*50+（β1+γ1）*100））/β2*100） NEXTi

FORi=（θ*50+（β1+β2+γ1）*100）TO 12000棱頂圓角

TABLE（i，0） NEXTi

運(yùn)動(dòng)程序?yàn)椋篊AMBOX（0，12000，16，12000，3）AXIS（2）將軸6運(yùn)動(dòng)軌跡疊加到軸2中指令為ADDAX（6）AXIS（2）實(shí)現(xiàn)了前錐及多邊形截面鏟磨運(yùn)動(dòng)。

（二）過(guò)渡區(qū)齒頂螺距誤差補(bǔ)償——Z軸數(shù)學(xué)建模：

（1）虛擬軸軸7數(shù)學(xué)模型：軸7的運(yùn)動(dòng)軌跡見(jiàn)圖9為過(guò)渡區(qū)齒頂螺距補(bǔ)償ΔX。工件1圈取100個(gè)點(diǎn)。其Table列表如下：

前錐區(qū)不補(bǔ)償 過(guò)渡區(qū)補(bǔ)償

FORi=19702 TO 19702+（L5-1）*100 FORi=19702+（L5-1）*100 TO 19702+L5*100

TABLE（i，0） NEXTi TABLE（i，ΔX*（（i-19702+ （L5-1）*100））/100）） NEXTi

運(yùn)動(dòng)程序?yàn)椋篊AMBOX（19702，19702+ L5*100，16， L5*100*360，3）AXIS（7）

（2）軸4數(shù)學(xué)模型：軸4與軸3同步控制實(shí)現(xiàn)螺距加工。見(jiàn)圖8運(yùn)動(dòng)程序?yàn)椋篗OVELINK（L，36000*L/P，0，0，3，4）AXIS（4）將軸7的運(yùn)動(dòng)軌跡疊加到軸4中指令為：ADDAX（7）AXIS（4）實(shí)現(xiàn)了過(guò)渡區(qū)齒頂螺距誤差的補(bǔ)償及螺紋全長(zhǎng)螺距加工。

結(jié)論：擠壓絲錐前錐螺紋及多邊形截面鏟磨運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)控化。截形只需根據(jù)工藝設(shè)置參數(shù)，操作方便。擠壓絲錐控制軟件設(shè)計(jì)合理，提高了擠壓絲錐的品質(zhì)和加工效率。但是設(shè)備人工裝卸料，而美國(guó)全自動(dòng)數(shù)控?cái)D壓絲錐磨床為全自動(dòng)控制，生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)力低。所以該設(shè)備的智能化控制還有很大發(fā)展空間。

【參考文獻(xiàn)】

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