在數控車變速加工大導程梯形螺紋防止亂扣的方法

羅金龍

摘要：在數控車床加工螺紋時，大部分數控系統如果改變轉速都會造成螺紋亂扣。本文針對變速車削螺紋產生亂扣的原因進行了詳細的分析，在實踐中尋找到一種因速度變化造成大導程螺紋產生誤差的檢測方法，從而彌補了數控機床因轉速變化造成螺紋亂扣的數控系統設計問題。

關鍵詞：數控車大導程螺紋；轉速改變亂扣；精確測試變化規律；編程補償變化值

大導程梯形螺紋一般都是多頭螺紋，車削時需要分粗精加工進行。精加工需要選擇低切削速度，粗加工需要選擇高切削速度，這樣數控車加工時會造成螺紋的亂扣。為了解決螺紋的亂扣問題本文進行了深入的分析與探索。

1.數控車加工螺紋產生亂扣的原因分析與解決方法的探索

1.1 數控車變速車螺紋對刀具加工運動軌跡產生變化的影響

數控車加工螺紋需要保證螺紋的進給與主軸旋轉同步，其控制主要依靠機床的主軸編碼器、運算器、伺服電機、滾珠絲杠四個部件來實現。

在加工螺紋時只改變了主軸的轉速，其他條件未發生改變就使螺紋產生了亂扣。因此可以確定主軸轉數的變化是導致螺紋刀具的運動軌跡產生變化的根本原因。主軸轉速變化造成刀具運動軌跡發生變化的規律我們可以用圖1所示的示意圖進行直觀的分析。S1是轉速為100轉/分時螺紋刀具的運動軌跡示意圖，S2是轉為120轉/分時螺紋刀具的運動軌跡示意圖，產生兩種運動軌跡的原因是由于螺紋在起點位置時在圓周的起始角度不同所致，從而產生如圖1所示的軸向螺距誤差L1。

1.2 數控車Z向起刀點位置變化對螺紋刀具加工運動軌跡的影響

在編制數控螺紋加工程序時，螺紋的Z向起刀點位置相當重要。螺紋在加工中途停機修改螺紋的Z向起刀點位置，繼續加工螺紋，會發生兩種情況。一種情況不會發生亂扣，其條件是修改后Z向起刀點位置與修改前Z向起刀點位置之差為螺紋導程的整數倍，即螺紋刀具在加工過程中的運動軌跡處在同一螺旋槽內。另一種情況會產生亂扣，其條件是修改后Z向起刀點位置與修改前Z向起刀點位置之差不為螺紋導程的整數倍，即螺紋刀具在加工過程中的運動軌跡不處在同一螺旋槽內。

1.3 利用螺紋加工編程原理可以彌補數控車轉速變化產生的刀具軌跡變化。

根據螺紋加工編程原理，可以通過改變螺紋加工起刀點位置的方法進行調整刀具的運動軌跡，使其同時處于同一螺旋線內，從而解決螺紋的亂扣問題，但必須測定L1的具體數值。

2.測定螺紋速度變化導致刀具運動軌跡產生變化誤差變化規律

2.1 如何測定兩種速度車削螺紋產生的變化規律

使用兩種轉速加工梯形螺紋，選擇S1車削出一條螺旋槽，測量出螺紋的軸向牙形寬度A1；選擇S2車削出一條螺旋槽，測量出螺紋的軸向牙形寬度A2。A2與A1 的差值即為螺紋的誤差值L1。

此方法從理論上可行，在實際操作過程中出現了兩個問題：①軸向牙形寬度無法在測量時找到具體的位置，無法測量。②梯形螺紋的牙形面為斜面，無法用量具進行精確測量。

為了解決這2個問題，采取變通的方法進行：軸向牙形寬度無法找到具體的位置，可以先找到法向牙形寬度，然后通過公式進行轉換即可；梯形螺紋的牙形面為斜面，無法測量。但由于我們目的是找到兩種切削速度加工螺紋時的導程軌跡誤差，與是什么樣的螺紋無關，因此在進行測試時完全可以車削矩形螺紋來進行測量，矩形螺紋的牙形面為直面，使用公法線千分尺能夠進行精確測量。

2.2 測試操作方法如下：

①將矩形螺紋刀具安裝在刀架上，選擇與梯形螺紋外徑相同的試切件，然后選擇使用精加工切削速度S1，編制一段與梯形螺紋導程相同的螺紋加工程序（其切削深度有1～2mm即可），車削出一段矩形螺紋，用公法線千分尺測出矩形螺紋的法向牙形寬度，記錄下此時的尺寸A1，根據車削螺紋的直徑與導程，計算出螺紋的導程角α。

②選擇粗加工切削速度S2，用同樣的程序車削同樣的矩形螺紋（觀察刀具是左刃還是右刃吃刀，以確定刀具起刀點的位置的移動方向），檢測出矩形螺紋的法向牙形寬度尺寸A2。

3.編制加工程序，進行螺紋切削加工

由于精確掌握了兩種速度加工梯形螺紋產生螺紋刀具運動軌跡變化的具體數值，在編制螺紋加工程序時，只要將粗加工螺紋的Z向起刀點設為Z【8+（A1-A2）×tgα】，精加工螺紋的Z向起刀點設為Z8.0，螺紋加工程序分粗、精加工進行分段編制，最后編制螺紋倒角程序。當程序編制結束，刀具對好刀后，就可直接進行梯形螺紋的加工。

4.結束語

采用變速車梯形螺紋不亂扣，提高了數控車床的加工精確度。精車采取低速度，保證了梯形螺紋的加工精度，粗車選擇高速度，提高了生產效率。

參考文獻：

[1]趙長明，劉萬菊.數控加工工藝及設備[M].北京：高等教育出版社，2008.