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車削梯形螺紋切削用量的優(yōu)化設(shè)計(jì)
鎮(zhèn)江高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 趙光霞 宦小玉 2017/3/26 10:12:29
摘要：高精密的儀器需要高精度的零件，梯形螺紋是最常用的傳動(dòng)螺紋，被廣泛的應(yīng)用在工業(yè)機(jī)械制造中，數(shù)控加工人員必須正確掌握梯形螺紋加工切削用量確定的基本原則,不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，才能切削出滿足質(zhì)量要求的零件。
關(guān)鍵詞：車削；梯形螺紋；切削用量；數(shù)控
梯形螺紋是最常用的傳動(dòng)螺紋。牙型為等腰梯形，牙型角為30°[1]。為了確保切削出的螺紋滿足設(shè)計(jì)的需要,需要重點(diǎn)考慮加工時(shí)切削用量的選擇,這不僅影響數(shù)控機(jī)床的零件加工效率,而且直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量[2]。因此,根據(jù)切削用量的選擇原則，設(shè)定參數(shù)，結(jié)合CAD/CAM軟件，設(shè)計(jì)數(shù)控模型，對(duì)切削量進(jìn)行控制和優(yōu)化，才能加工出優(yōu)良的螺紋件[3]。筆者結(jié)合工作實(shí)際，以30°角的梯形螺紋為例，認(rèn)為工作的前提是要合理選擇切削用量，然后通過設(shè)計(jì)變量參數(shù)，確定目標(biāo)函數(shù)，通過數(shù)控程序來實(shí)現(xiàn)車削梯形螺紋切削用量的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
1.數(shù)控加工切削用量的確定
(1)切削深度（ap，mm）。在加工時(shí)需要考慮粗加工和精加工不同階段的切削深度問題，粗加工時(shí)要考慮給精加工留下一定的加工余量。如果切削精度不高或者切削深度不大，可以考慮一次成型，一方面可以縮短加工時(shí)間，另外一方面可以減少替換刀具消耗的時(shí)間，提高加工效率。
(2)切削寬度（L，mm）。在實(shí)際生產(chǎn)中，切削寬度與刀具直徑成正比，與切削深度成反比�？紤]成本因素，往往設(shè)定寬度為刀具直徑的0.6至0.9倍。
(3)切削速度（Vc， m/min）。切削速度Vc的大小主要取決于加工材料，不同的材料在切削時(shí)采用的速度不同。切削速度很大程度上決定了零件的加工時(shí)間，在切削精度不高的情況下，可以直接調(diào)節(jié)切削速度一次成型，如果精密切削，則需要設(shè)計(jì)切削速度，分步驟分層次進(jìn)行切削，在切削過程中，要注意切削程度，在進(jìn)行過程中可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整切削量和切削速度[4]。查詢《切削手冊》可知，確定切削速度可以通過公式一計(jì)算得到。
(4)主軸轉(zhuǎn)速(N，r/min)。主軸轉(zhuǎn)速要和切削深度、切削寬度和切削速度相結(jié)合來確定。查詢《切削手冊》，確定機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速，可由公式二計(jì)算得到。
2. 設(shè)計(jì)變量
優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的在于一次成型，快速實(shí)施切削，在合理選用切削量的同時(shí)，保證切削速度。為了達(dá)到良好的車削效率，就得減少走刀次數(shù)，爭取一次性走刀，切削到符合參數(shù)要求的范圍內(nèi)。由于機(jī)器本身有一定的誤差，因此對(duì)零件的加工精度會(huì)有細(xì)微的影響，所以，粗切削著重是為了降低精密切削在粗切過程中消耗的時(shí)間[5]。為了更快更好的實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，往往建立數(shù)學(xué)模型，采用數(shù)學(xué)函數(shù)，調(diào)整各個(gè)參數(shù)來控制機(jī)床。目標(biāo)函數(shù)的選取和參數(shù)的設(shè)定很大程度上決定了切削成敗。
3.目標(biāo)函數(shù)
優(yōu)化的目標(biāo)應(yīng)和生產(chǎn)企業(yè)需要完成的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)一致。在機(jī)械制造行業(yè)中, 生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要有質(zhì)量、成本、生產(chǎn)率等。人們總是希望在保證加工質(zhì)量的同時(shí), 盡可能地降低加工成本, 提高生產(chǎn)率。 加工成本和生產(chǎn)率都和切削用量密切相關(guān)。 因此, 以最小工藝成本為優(yōu)化準(zhǔn)則, 把加工成本和生產(chǎn)率作為切削用量優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù), 符合生產(chǎn)的實(shí)際需要。
4.實(shí)際操作
以加工一個(gè)臺(tái)階軸為例，此螺桿參數(shù)為查表或計(jì)算d=φ24，d2=d-0.6495P=φ23.026，參數(shù)如圖1所示。
圖1 臺(tái)階軸尺寸示意圖
螺紋總背吃刀量ap=h=0.54P=0.81mm。合理分配螺紋加工余量。（一般粗車ap：0.10~0.50；精車ap：0.01~0.10 。）以具體操作實(shí)例，見下表1所示。
表1 不同加工內(nèi)容采用的刀具及材料參數(shù)表
5. 結(jié)束語
切削用量的優(yōu)化問題實(shí)質(zhì)上是一復(fù)雜的非線性規(guī)劃問題, 隨著數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)實(shí)際中的廣泛應(yīng)用,數(shù)控編程已經(jīng)成為數(shù)控加工中的關(guān)鍵問題之一。提高對(duì)機(jī)床的認(rèn)識(shí)，通過對(duì)目標(biāo)函數(shù)參數(shù)的調(diào)整，來加工各種機(jī)械零件，充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的優(yōu)勢,提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)水平。
參考文獻(xiàn)：
[1] 葛建華,霍義丹. 梯形螺紋成組絲錐的（未完，下一頁）
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