刀具磨損補償法在梯形螺紋加工中的應用

范仁杰

（銅陵職業技術學院，安徽 銅陵 244000）

絲杠螺母加工是典型的梯形螺紋加工，梯形螺紋的螺距大、切入深，粗車中容易出現扎刀現象，而且，因切削力大、切削熱高、刀具散熱條件差，限制了切削速度，加工效率也不高。因此，梯形螺紋的粗加工是車削加工中一個較難的課題[1]。

在零件試加工等過程中，由于對刀等誤差的影響，執行一次程序加工結束，不可能一定保證零件就符合圖紙要求，有可能出現超差。如果超差但尚有余量，則可能進行修正。此時，可利用原有的刀具和加工程序的一部分（精加工部分），不需要對程序作任何修改，而只需在刀具補償中增加設定一磨損量（等于相應的單邊余量）后再補充加工一次，就可將余量切去[2]。這種通過設置刀具磨損補償值進行數控加工經常在生產中被采用。

車床加工梯形螺紋，一般有四種進刀方法：直進法、分層切削法、車直槽法和車階梯槽法。但是不論哪一種方法，都要求操作者具有熟練的技術水平。設置刀具磨損補償值切削梯形螺紋的進刀方法是分層切削法。經本人探索，采用設置X、Z方向刀具磨損補償的方法來加工梯形螺紋，可以簡化加工程序，特別適用于單件小批量生產。下面以Tr28×5的梯形螺紋加工為例，對計算、編程和操作方法進行介紹。文中的程序均經過機床加工驗證。

1．準備階段

相關計算：對于Tr28×5，國家標準大徑D4=28.5，中徑d2=D2=25.5，小徑d3=22.5，D1=23，大寫字母表示螺母直徑，小寫表示絲杠直徑，螺距P=5，牙頂寬0.366P=1.83。

生產中，對于螺紋的牙形高和大小徑會進行適當的調整，以達到配合要求，調整量雖然沒有嚴格的界定，但為了具有牙頂間隙，必須使螺母的大徑和小徑分別大于絲杠的大徑和小徑，保證絲杠螺母副配合時松緊適度。

絲杠梯形螺紋

牙形高：1.3P=6.5mm，

最大外徑：28mm-0.2mm=27.8mm，

牙底直徑：28 mm -6.5 mm =21.5mm；

φ28處牙頂寬為1.83mm，φ27.8處的齒頂寬為1.88mm

螺母梯形螺紋

牙形高：1.1P=5.5mm，

大徑28mm+0.3mm=28.3mm，

小徑28mm-5.5mm+0.5mm=23mm

φ22.5處牙頂寬為1.83mm，φ23處牙頂寬1.96mm

2．絲杠、螺母加工工藝

2.1 絲杠車削加工工藝

（1）備料，直徑為32毫米，長度為184mm的45號圓鋼；

（2）車端面，打中心孔；

（3）掉頭，車端面，定總長為180mm，打中心孔；

（4）雙頂尖裝夾，粗車外圓φ28.5；

（5）雙頂尖裝夾，精車外圓至φ27.8 ；

（6）倒角4×45°；

（7）車外螺紋Tr28×5；

針對絲杠加工工藝，說明如下：

（1）本工藝針對較短絲杠，對于高精度復雜零件工藝，如臥式車床母絲杠（不淬硬絲杠），就要涉及到正火、校直、高溫時效、修研中心孔、磨削等工序。

（2）加工的絲杠的長度為 180mm，比較短，若絲桿相對較長，加工中則需要配置跟刀架，以增強工藝系統剛性。

2.2 螺母車削加工工藝

（1）備料，直徑為42毫米，長度為50mm的銅棒；

（2）三爪卡盤裝夾毛坯；

（3）鉆孔至φ19.8深33mm，倒角5×45°；

（4）切斷銅套，長度31mm；

（5）車端面，定總長為30mm；

（6）粗車內孔至φ22.5（軟爪裝夾）；

（7）精車內孔至φ23（軟爪裝夾）；

（8）倒角3×45°；

（9）車內螺紋Tr28×5；

螺母加工，必須是一次裝夾精車內孔和車內螺紋，否則，內孔與螺紋不同軸，加工結束，絲杠很難配入。

2.3 機床與工裝夾具

（1）機床：CK6140

（2）刀具類型：45度外圓車刀一把，外圓精車刀一把、內孔車刀兩把、切斷刀一把、中心鉆一把、φ19.8鉆頭一把、內外螺紋刀具各一把，刃口形狀如圖 1所示，刃長以大于5mm為宜。

（3）車床附件：卡盤與頂尖。

（4）游標卡尺一把。

3．絲杠、螺母加工程序

使用的是Siemens 802c系統的數控車床，下面是加工絲杠和螺母的程序。

3.1 絲杠加工程序

T1D1 刀具號、刀補號

圖1 螺紋刀具刀刃形狀

M3S150 主軸轉速150轉/分

G0X100

X32Z5 定起點

R100=28 R100（螺紋起始點直徑）

R101=0 R101（縱向軸螺紋起始點）

R102=28 R102（螺紋終點直徑）

R103=-180 R103（縱向軸螺紋終點）

R104=5 R104（螺紋導程）

R105=1 R105（加工類型，1外螺紋，2內螺紋）

R106=0.2 R106（最后一次走刀切削深度）

R109=4 R109（空刀導入量）

R110=3 R110（空刀導出量）

R111=3.25 R111（螺紋深度）

R112=0 R112（起始點偏移）

R113=5 R113（粗切削次數）

R114=1 R114（螺紋頭數）

LCYC97 調用螺紋切削循環

G0X80 退刀

Z-50

M2 程序結束

3.2 螺母加工程序

T2D2

M3S150

G0X0Z20

X22Z5

R100=22.5 R101=0 R102=22.5 R103=-30

R104=5 R105=2 R106=0.2 R109=4

R110=3 R111=2.9 R112=0 R113=6

R114=1

LCYC97

G0X22

Z150

M2

說明：R106（最后一次走刀切削深度）在粗車梯形螺紋時可以設置大一點（如：0.2mm），精車時可以設置的小一點（如：0.05mm）；

4．絲杠、螺母的車削操作過程

4.1 絲杠車削過程

精車保證外圓直徑φ27.8 ，比公稱直徑略小，存有牙頂間隙。材料為45號鋼，材質較硬，在加工過程中，采用分層切削法，對于絲杠，牙形高為3.25mm（半徑量），分六次 LCYC97循環切削，每次切削循環，切除金屬層厚度分別為1.0、0.6、0.6、0.5m、0.35、0.2mm，為了達到每次執行程序，都能切除所要求的金屬層。根據牙形高和每次執行LCYC97循環程序的金屬切削厚度，可設置X軸方向刀具磨損補償值（均為正值，半徑量）分別為：2.25、1.65、1.05、0.55、0.2、0mm，刀具磨損補償值由大逐漸減小，最后減小到零。

加工過程中，在改變X方向的刀具磨損補償值的同時，Z軸方向的刀具磨損補償值也需要改變，但是這種變化并不是無序的。它的規律為：每設置好一個 X軸方向的刀具磨損補償值，維持不變，修改 Z軸方向的刀具磨損補償值，將其設置為零、正值和負值，并分別執行加工程序。

車削厚度為1.0mm的第一個金屬切削層，首先設置X方向的刀具磨損補償值為2.25mm，Z軸方向的刀具磨損補償值為0mm，執行一次絲杠加工程序（LCYC97循環），然后X方向的刀具磨損補償值不變，依次設置Z軸方向的刀具磨損補償值為 0.4，、-0.4、0.72、-0.72，分別執行一次加工程序。測量牙頂寬為2.28mm，牙側單邊留0.2mm的精加工余量，第一個金屬切削層粗加工結束。下面需要加工的是厚度為0.6mm的第二個金屬切削層，設置X方向的刀具磨損補償值為1.65mm，Z軸方向的刀具磨損補償值為0mm，執行一次絲杠加工程序（LCYC97循環），然后X方向的刀具磨損補償值不變，依次設置 Z軸方向的刀具磨損補償值為 0.3，、-0.3、0.55、-0.55，分別執行一次加工程序。依此類推，直至X軸方向的刀具磨損補償值到0。在保證牙頂寬為2.28mm情況下，Z軸方向的刀具磨損補償值可以隨加工情況自行決定。

外螺紋粗加工結束以后，還需要進行精加工，因為牙寬單邊留有0.2mm的余量，可以通過修改Z軸方向刀具磨損補償的分別切除左右牙側0.1mm余量，用量具量取牙頂寬，然后計算，設置刀補，切削加工，直至牙頂寬為1.88mm為止。實踐中，牙頂寬有時不采用計算值，，而是把牙頂寬加工到1.83mm。

4.2 螺母車削過程

螺母上的梯形螺紋與絲杠上的加工方法總體上很相似，在螺母精加工時，因螺母牙頂寬度不便測量，可以通過與絲杠不斷試配、觀察牙頂寬度和螺紋斷面情況等方法，來決定是否還需要切削加工，最終應保證絲杠螺母配合松緊適度。

絲杠螺母副的刀補數據如下表所示：

X軸方向的刀具磨損補償值（單位mm）Z軸方向的刀具磨損補償值（單位mm）2.25 0、0.4,、-0.4、0.72、-0.72 1.65 0、0.3,、-0.3、0.55、-0.55 1.05 0、0.40、-0.40絲杠0.55 0、0.26、-0.26 0.2 0、0.17、-0.17 0 0、0.11、-0.11-1.9 0、0.4,、-0.4、0.72、-0.72-1.3 0、0.3,、-0.3、0.55、-0.55-0.8 0、0.22、-0.22、0.42、-0.42螺母-0.45 0、0.33、-0.33-0.2 0、0.26、-0.26 0 0、0.21、-0.21

5．結束語

對于數控車工，加工絲杠、螺母是一項難度較大的工作，本文介紹了一種通過改變刀具磨損補償值來加工絲杠螺母副的方法，簡單易學，行之有效。

[1] 鄧湘濱，周愛國. 分層切削法車削梯形螺紋在數控車床中的應用[J]. 科園月刊，2011，（5）.

[2] 姜慧芳. 數控車削加工技術[M]. 北京：北京理工大學出版社，2006.