普通三角形圓柱外螺紋數控車削加工工藝分析

鄭文贏

（營口市農業工程學校 遼寧營口 115009）

普通三角形圓柱外螺紋數控車削加工工藝分析

鄭文贏

（營口市農業工程學校 遼寧營口 115009）

本文從刀具選擇、切削用量、命令選用及成品檢測幾方面對普通三角形圓柱外螺紋數控車削加工工藝過程進行了簡要分析

普通螺紋 數控車削 加工工藝

常用螺紋的牙型有三角形、梯形、矩形等。對于數量較少或批量不大的螺紋常采用車削的方法。隨著數控技術的逐漸普及，螺紋類零件越來越多的采用數控車床加工。這里以普通三角形外螺紋為例，介紹了在數控車床上加工時，其工藝方案的制訂、數控加工程序的選擇及成品檢測。[1]

一、加工工藝分析

在數控車床上加工螺紋，首先要制訂合理的工藝方案，然后才能進行編程和加工。工藝方案的好壞不僅會影響數控車床效率的發揮，而且將直接影響到螺紋的加工質量。

1.螺紋車刀材質、幾何形狀、和裝夾要求

螺紋車刀屬于成形刀具，要保證螺紋牙型的精度，必須正確刃磨和安裝車刀。對螺紋車刀的要求主要有以下幾點：

1.1 材質要求

制造螺紋車刀的材料有高速鋼和硬質合金兩種。高速鋼螺紋車刀刃磨方便、切削刃鋒利、韌性好，能承受較大的切削沖擊力，加工的螺紋表面粗糙度小。但它的耐熱性差，不宜高速車削。

硬質合金螺紋車刀的硬度高、耐磨性好、耐高溫，但抗沖擊能力差。

數控車床一般選用硬質合金可轉位車刀。

1.2 車刀的幾何形狀要求

(a)車刀的刀尖角一定要等于螺紋的牙型角；

(b)精車時車刀的縱向前角應等于0°；粗車時允許有5°-15°的縱向前角；

(c)因受螺紋升角的影響，車刀兩側的后角應不相等，進給方向的后角較大，一般應保證兩側面均有3°-5°的工作后角；

(d)車刀兩側刃的直線性要好。

1.3 裝夾要求

(a)車刀裝夾一般以刀尖與螺紋軸線平齊（用彈性刀桿略高于螺紋軸線，一般不超過0.2毫米）為宜。

(b)車刀刀尖角平分線必須垂直于工件軸線，可用對刀樣板找正。

(c)螺紋車刀不宜伸出刀架過長一般伸出長度為刀柄厚度的1.5倍，即20～25毫米。

2.走刀路線的確定和外徑控制

在數控車床上車螺紋時，沿螺距方向的進給應和車床主軸的旋轉保持嚴格的速比關系，考慮到刀具從停止狀態到達指定的進給速度或從指定的進給速度降為零，驅動系統必有一個過渡過程，因此沿軸向進給的加工路線長度，除保證螺紋長度外，還應增加刀具導入距離δ1和導出距離δ2，δ1和δ2的數值與車床拖動系統的動態特性、螺紋的螺距和精度有關。一般δ1為2-5mm，對大螺距和高精度的螺紋取大值；δ2一般為退刀槽寬度的一半左右，取1-3mm左右。若螺紋收尾處沒有退刀槽時，收尾處的形狀與數控系統有關，一般按45°退刀收尾。

由于螺紋多數為塑性材料，需考慮螺紋加工牙型的膨脹量。一般連接螺紋加工前的工件直徑等于螺紋公稱直徑減去0.1 P，即螺紋大徑減0.1螺距，一般根據材料變形能力大小取比螺紋大徑小0.1～0.5 mm。

3.普通三角螺紋的車削方法

車螺紋的進刀方式有直進式和斜進式：

3.1 直進式切削方法

直進式車螺紋容易保證牙型的正確性，但由于兩側刃同時工作，切削力較大，容易產生扎刀現象，而且排削困難，因此在切削時，兩切削刃容易磨損。在切削螺距較大的螺紋時，由于切削深度較大，刀刃磨損較快，從而造成螺紋中徑產生誤差；但是其加工的牙形精度較高，因此一般多用于小螺距（P＜3mm）螺紋加工。

3.2 斜進式切削方法

由于為單側刃加工，加工刀刃容易磨損，使加工的螺紋面不直，刀尖角發生變化，而造成牙形精度較差。但由于其為單側刃工作，刀具負載較小，排屑容易，并且切削深度為遞減式。因此，此加工方法一般適用于大螺距(p＞3mm)螺紋加工。由于此加工方法排屑容易，不易扎刀，刀刃加工工況較好，在螺紋精度要求不高的情況下，此加工方法更為方便。[2]

4.切削用量的選擇4.1主軸轉速的確定

在車削螺紋時，車床的主軸轉速將受到螺紋的螺距（或導程）大小、驅動電機的升降頻特性及螺紋插補運算速度等多種因素影響，故對于不同的數控系統，推薦有不同的主軸轉速選擇范圍。如大多數經濟型車床數控系統推薦車螺紋時的主軸轉速如下：

n≤1200/P-K

式中：P是螺紋的螺距(mm)；K是保險系數，一般取為80。

4.2 走刀次數和背吃刀量的確定

螺紋加工中的走刀次數和背吃刀量會直接影響螺紋的加工質量，車削螺紋時的走刀次數和背吃刀量可參考表1。

表1：常用螺紋的進給次數及背吃刀量（米制螺紋）（單位：mm）

二、編程示例

不同的數控系統，車螺紋的編程指令有所不同。對于FANUC 0i系統來說，有三種指令可用于等螺距普通三角形外螺紋的車削。即G32、G92直進式切削法和G76斜進式切削法。

加工如圖所示零件M30X2的普通外螺紋，主軸轉速n=1200/P-K=（1200/2-80）=520r/min.根據零件材料、刀具等因素可以取n=400r/min。螺紋的螺距為2，根據表1可知其牙深為1.3，安排5次走刀，每次的背吃刀量分別為0.9、0.6、0.6、0.4、0.1，車螺紋時設定升速導入段δ1取值5mm，降速導出段δ2取值2mm。

1.用G32指令車螺紋

T0101 M03 S400；（T0101為螺紋車刀，主軸正轉，轉速為400 r/min）

G00 X29.1 Z5；

G32 Z-42.F2.0；（第一次車螺紋，背吃刀量為0.9mm）

G00 X32；

Z5；

X28.5；

G32 Z-42.F2.0；（第二次車螺紋，背吃刀量為0.6mm）

G00 X32；

Z5；

X27.9；

G32 Z-42.F2.0；（第三次車螺紋，背吃刀量為0.6mm）

G00 X32；

Z5；

X27.5；

G32 Z-42.F2.0；（第四次車螺紋，背吃刀量為0.4mm）

G00 X32；

Z5；

X27.4；

G32 Z-42.F2.0；（最后一次車螺紋，背吃刀量為0.1mm）

G00 X32；

X100 Z100；

M05；

M30；

2.采用G92指令車螺紋

T0101 M03 S400；（T0101為螺紋車刀，主軸正轉，轉速為400 r/min）

G00 X32 Z5；（刀具定位到循環起點）

G92 X29.1 Z-42 F2.0；（第一次車螺紋）

X28.5；（第二次車螺紋）

X27.9；（第三次車螺紋）

X27.5；（第四次車螺紋）

X27.4；（最后一次車螺紋）

G00 X100 Z100；（刀具回換刀點）

M05；

M30；

3.采用G76指令車螺紋

T0101 M03 S400；（T0101為螺紋車刀，主軸正轉，轉速為400 r/min）

G00 X32 Z5；（刀具定位到循環起點）

G76 P011060 Q100 R50；（車螺紋）

G76 X27.4 Z-42 R0 P1300 Q900 F2.0；（螺紋高度為1.3mm，第一次車削深度為0.9mm，螺距為2mm）

G00 X100 Z100；（刀具回換刀點）

M05；

M30；

通過對同一螺紋三種不同的編程方法進行分析，可知采用G32編程，程序段長，一般很少采用此種方法；采用G92編程，條理很清晰并且走刀路線直觀，程序段也不是太長；采用G76編程最為方便，程序段最少，但是參數計算比較復雜。在實際加工中，采用G92編程還是采用G76編程主要看工件要求來確定，有時為保證加工效率和加工精度也采用混合編程來進行加工。

三、成品檢測及加工誤差分析

螺紋檢測可采用螺紋規，螺紋外經千分尺，螺紋套規進行不同項目的檢測，根據不同的加工程序和方法其檢測的重點也不同。

對于直進式切削，兩切削刃容易磨損。在切削螺距較大的螺紋時，由于切削深度較大，刀刃磨損較快，從而造成螺紋中徑產生誤差，因此加工時要重點檢測。

對于斜進式切削方法，由于為單側刃加工，加工刀刃單側磨損，使加工的螺紋面不直，刀尖角發生變化，而造成牙形精度較差，檢查時要特別注意。

四、結論

數控加工大大提高了螺紋加工的效率和精度，但在具體的加工中也同樣面臨一些工藝問題。這些工藝問題直接影響了螺紋加工的精度和效率。因此，數控加工螺紋不僅要在編程指令上合理選擇，而且要在工藝上合理安排，才能高效、高精度、穩定可靠地加工螺紋，充分發揮數控加工的優勢。

[1]高楓 肖衛寧.數控車削編程與操作訓練 高等教育出版社 2005

[2]徐冬元 朱和軍.數控加工工藝與編程實例 電子工業出版社2007

[3]朱明松.數控車床編程與操作項目教程 機械工業出版社2008