淺談數(shù)控車床車削螺紋時(shí)的關(guān)鍵技術(shù)

韋應(yīng)琴

[摘 要] 螺紋加工是數(shù)控車床常見的加工任務(wù)，車削螺紋時(shí)由于切削速度較快、切削力較大和作用力集中等導(dǎo)致毛刺大、加工困難。結(jié)合實(shí)例，介紹了數(shù)控車床上螺紋加工的一些關(guān)鍵技術(shù)。

[關(guān) 鍵 詞] 螺紋；裝夾；刀具；切削用量；編程指令

[中圖分類號] TG519 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）31-0204-02

螺紋加工是數(shù)控車床加工的一個(gè)重點(diǎn)，其實(shí)際上是由刀具的直線運(yùn)動(dòng)和主軸按預(yù)先輸入的比例轉(zhuǎn)速同時(shí)運(yùn)動(dòng)而完成的。在實(shí)際車削中，一些關(guān)鍵性技術(shù)必須引起高度重視，否則加工中容易造成廢品甚至發(fā)生事故。文中主要以普通三角螺紋為例介紹數(shù)控車床上螺紋加工時(shí)的一些工藝問題。

一、螺紋零件的裝夾

螺紋切削刀具經(jīng)常有兩個(gè)或兩個(gè)以上的切削刃同時(shí)參與切削，在加工時(shí)會產(chǎn)生較大的徑向切削力，容易使工件產(chǎn)生松動(dòng)。為保證在螺紋切削過程中不會出現(xiàn)因工件松動(dòng)而導(dǎo)致螺紋亂牙、工件報(bào)廢的現(xiàn)象，裝夾螺紋零件時(shí)可以采取如下措施：

1.裝夾螺紋類零件時(shí)建議采用軟卡爪切增大夾持面或一夾一頂?shù)难b夾方式。

2.軸向應(yīng)盡可能采用臺階定位，確保工件定位準(zhǔn)確、牢靠。

3.工件夾緊力適中，避免在高速切削時(shí)因切削力較大而使工件產(chǎn)生移動(dòng)。

二、刀具的選擇和安裝

1.硬質(zhì)合金螺紋車刀的刀尖角應(yīng)比所加工螺紋的牙形角小大約30′，以確保加工后得到正確的牙形角。因?yàn)楦咚偾邢鲿r(shí)切削力較大，加工后螺紋的牙形角相應(yīng)增大。

2.螺紋刀不需刃磨斷屑槽，因高速車削螺紋時(shí)多采用硬質(zhì)合金刀具，若留有斷屑槽則會降低刀頭的強(qiáng)度，易使刀尖崩碎；且開斷屑槽后，使得徑向前角不為零，車出的牙形角會發(fā)生變化、牙側(cè)不直。

3.螺紋車刀在安裝時(shí)刀尖應(yīng)與工件回轉(zhuǎn)中心平齊，過高或過低都會影響螺紋的牙形角，其次容易產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象（通常在實(shí)際車削時(shí)，由于主切削力向下，刀尖可略微高于工件中心）。

4.螺紋車刀安裝時(shí)不能歪斜，否則即使刀尖刃磨得十分準(zhǔn)確，也會產(chǎn)生牙形角誤差，即螺紋牙形角不對稱。

5.螺紋車刀安裝時(shí)不能伸出過長，否則在加工中易引起振動(dòng)，影響加工表面粗糙度，此外，也易出現(xiàn)“扎刀”現(xiàn)象，一般伸出長度應(yīng)為刀桿高度的1.5倍。

三、切削用量的選用

（一）主軸轉(zhuǎn)速的選擇

1.螺紋車削必須通過主軸同步實(shí)現(xiàn)功能，因此需要有主軸脈沖編碼器。當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速選擇過高時(shí)，一方面通過編碼器發(fā)出的定位脈沖將可能因“過沖”而導(dǎo)致螺紋產(chǎn)生亂牙現(xiàn)象；另一方面螺紋加工指令程序段中的螺距相當(dāng)于進(jìn)給量f（mm/r），轉(zhuǎn)速過高將導(dǎo)致?lián)Q算后的進(jìn)給速度（mm/min）必定超過正常值。

2.車削螺紋時(shí)由于刀具在位移過程的始末都受到伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)升、降頻率和數(shù)控裝置插補(bǔ)運(yùn)算速度的約束，如圖所示，在車螺紋起刀時(shí)有一個(gè)加速過程，停刀時(shí)有一個(gè)減速過程，即可引起進(jìn)給運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生“超前”和“滯后”，從而導(dǎo)致部分螺距不符合要求。為了解決上述問題，在車螺紋開始和結(jié)束部分必須設(shè)置升速進(jìn)刀段δ1和降速退刀段δ2，即加工螺紋時(shí)實(shí)際走刀長度要比需要的螺紋長度長（δ1+δ2），且δ1和δ2的值應(yīng)合理選擇，否則會使切削進(jìn)給機(jī)構(gòu)損壞，從而產(chǎn)生廢品。

設(shè)置δ1和δ2時(shí)，應(yīng)充分考慮伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械特性。一般情況下區(qū)δ1=（2～3）P，δ2=（1～2）P，或取δ1=2～5mm（大于螺距），δ2取δ1的1/3左右。對大螺距或高精度螺紋，加工時(shí)取大值。

3.確定主軸轉(zhuǎn)速時(shí)，對不同的數(shù)控系統(tǒng)，推薦不同的主軸轉(zhuǎn)速選擇范圍，大多數(shù)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床推薦轉(zhuǎn)速s=1200/p-80（單位為r/min）。通常在保證生產(chǎn)效率和正常切削的情況下應(yīng)選擇較低的速度；而螺紋加工程序段中δ1和δ2長度值較大時(shí)可選擇較高的速度。在實(shí)際加工中，應(yīng)根據(jù)工件材料、螺紋直徑、刀具材料選擇主軸轉(zhuǎn)速。例如，加工M12的螺紋，螺距1.75，主軸轉(zhuǎn)速一般選擇800～1000r/min，切削過程中不能變速，否則會出現(xiàn)亂扣。

4.背吃刀量和走刀次數(shù)的選擇

在螺紋加工中，背吃刀量ap等于螺紋車刀切入工件表面的深度。每次切削深過小會增加進(jìn)給次數(shù)，影響切削效率，同時(shí)加劇刀具磨損；過大由于刀頭強(qiáng)度過高易出現(xiàn)扎刀、崩刃及螺紋掉牙現(xiàn)象，車削出的螺紋質(zhì)量差、精度低，不能正常旋合使用。為避免上述現(xiàn)象的發(fā)生，螺紋加工時(shí)分多次走刀完成，并且每次切深呈遞減型。

螺紋切削用量的選擇應(yīng)根據(jù)工件材料、螺距大小及所處的加工位置等因素來決定。前幾次的切深可給大些，以后每次切深應(yīng)逐漸減小。切削速度應(yīng)選低些，粗車時(shí)每次切深0.3mm左右，最后留余量0.2mm；精車時(shí)每次切深0.1～0.2mm，粗精車的總切深為1.3P。

四、有關(guān)尺寸的計(jì)算

數(shù)控車床在車削普通三角螺紋前，必須確定出螺紋大徑、中徑和小徑。其中螺紋中徑是檢測標(biāo)準(zhǔn)，大徑和小徑是加工的依據(jù)。

在高速車削時(shí)，車刀擠壓作用使螺紋大徑尺寸脹大，因此，車外螺紋前，外圓直徑要比大徑小些，加工外螺紋光桿直徑=公稱直徑-（0.1～0.13）P，按經(jīng)驗(yàn)要比理論尺寸減小0.1～0.3mm，也跟公差等級要求和材料有關(guān)，生產(chǎn)中用標(biāo)準(zhǔn)螺帽效驗(yàn)；外螺紋小徑則應(yīng)按公式d1=d-2×0.65p（0.65p為螺紋牙深）確定，內(nèi)螺紋小徑d1=公稱直徑d-p。如加工粗牙外螺紋M12，公稱直徑為Φ12，但實(shí)際加工螺紋前的大徑選用的是Φ11.8，即d=12-0.2=11.8mm；小徑d1=12-2x0.65x1.75=9.7mm

五、編程指令的使用

螺紋加工指令種類繁多，合理使用加工指令不僅能改善加工精度，還能提高加工效率，下面以下圖所示零件為例說明常見加工指令的正確使用。

1.加工前相關(guān)參數(shù)的確定

工件坐標(biāo)系設(shè)置在工件右端面中心。螺紋加工前外圓尺寸d實(shí)際=30-0.2=29.8，螺紋實(shí)際牙型高h(yuǎn)=0.65×2=1.3，螺紋小徑d1=d-2h=30-2.6=27.4。升速進(jìn)刀段δ1=5mm，降速退刀段δ2=2mm。

2.加工指令應(yīng)用

（1）螺紋切削固定循環(huán)指令（G92）

功能：采用直進(jìn)法進(jìn)刀，用于小螺距（導(dǎo)程小于3mm）圓柱、圓錐螺紋的切削循環(huán)加工。

指令格式：X（U） Z（W） R F ；

用G92編程上圖所示螺紋：

…

G00 X32 Z5；

G92 X29.1 Z-22 F2；

X28.5；

X27.9；

X27.5；

X27.4；

G00 X100 Z100；

…

（2）復(fù)合螺紋切削固定循環(huán)指令（G76）

功能：主要用于加工大螺距（導(dǎo)程大于3mm）螺紋。螺距較大，加工余量隨之增大，這是就需多次重復(fù)同一路徑才能去除全部余量，為縮短程序長度，減少程序所占內(nèi)存，簡化編程，可采用G76完成螺紋加工。該指令在加工中采用斜進(jìn)法和左右切削法進(jìn)刀，可避免出現(xiàn)扎刀現(xiàn)象。

指令格式：G76 P（m）（r）（α）Q（△dmin）R（d）；

G76X（U） Z（W） R（i）P（k）Q（△d）F（P）；

其中，m是精車重復(fù)次數(shù)（01～99），用兩位數(shù)表示，該值是模態(tài)值；r是螺紋尾部倒角量，該值的大小可設(shè)置在0.0L～9.9L（L為導(dǎo)程）之間，系數(shù)應(yīng)為0.1的整數(shù)倍，用00到99之間的兩位整數(shù)來表示，該值是模態(tài)值；α是刀尖角度，可以選擇80°、60°、55°、30°、29°和0°六種中的一種。m、r、α用地址P同時(shí)指定，例如，m=2，r=1.2L，α=60，表示為P021260。

△dmin是最小背吃刀量（半徑值），單位為微米，當(dāng)一次循環(huán)運(yùn)行的背吃刀量小于此值時(shí)，執(zhí)行此值；d為精車余量，單位為毫米；i為螺紋錐度值，螺紋部分的半徑差，如果i=0，則為直螺紋，可省略；k為螺紋牙型高度，單位為微米；△d為第一刀背吃刀量（半徑值），單位為微米；P螺距。

用G76編程上圖所示螺紋：

確定切削用量：精加工重復(fù)次數(shù)m=1，螺紋倒角量r=0，刀尖角α=60，表示為P010060；最小背吃刀量△dmin=0.1，表示為Q100；精車余量d=0.1，表示為R0.1；螺紋終點(diǎn)坐標(biāo)X=27.4，Z=-22；螺紋部分半徑差i=0，R0可省略；螺紋牙型高度k=1.3，表示為P1300；第一刀背吃刀量△d取0.5，表示為Q500。

…

G00 X32 Z5；

G76 P010060 Q100 R0.1；

G76 X27.4 Z-22 P1300 Q500 F2；

G00 X100 Z100；

…

綜上所述，文中對數(shù)控車床螺紋車削時(shí)的關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了分析和解決，旨在提高螺紋加工效率和加工精度。螺紋的實(shí)際加工情況較為復(fù)雜，更有多頭螺紋、梯形螺紋等不同種類的螺紋加工，具體問題具體分析、應(yīng)靈活處理，找到可行的最優(yōu)加工方案，加工出優(yōu)質(zhì)螺紋。

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