數控加工螺紋零件加工工藝探析

尤玉祥

（煙臺東星集團有限公司，山東 煙臺264000）

數控加工是一種利用可編程程序實現自動控制的加工工藝，在加工的過程中要事先將加工某一零件的各執行元件所需預定量、運行數據、動作順序等信息轉換為程序，以代碼的形式輸入到特定的計算機當中，為實現對螺紋零件的高質量加工，開展數控加工螺紋零件加工工藝分析。

1 數控加工螺紋零件加工工藝設計

1.1 螺紋零件數控加工設備結構布局

為保證本文設計的數控加工螺紋零件加工工藝具有更高的加工質量和效果，本文首先對螺紋零件數控加工設備進行選型和結構優化[1]。數控加工設備主要由具備不同功能的部件裝配組成，每個部件在設備當中都有固定的位置或范圍。根據螺紋零件的加工要求和特點，對數控加工設備的形式進行選擇，并完成對各個運動部件和手柄的分配。在布局時，首先需要使數控加工設備保證工藝方法所需要的工藝和道具均在相對應的位置，其次保證數控加工設備與所需要的加工精度相適應，最后需要保證數控加工設備能夠便于觀察加工的整個過程，并保證工作過程的安全性[2]。為方便螺紋零件加工過程中各個工件的安裝方便，本文采用臥式單面結構布局的方式，圖1 為本文數控加工螺紋零件加工工藝中數控加工設備的基本結構示意圖。

圖1 本文加工工藝數控加工設備的基本結構示意圖

圖1 中，1 表示數控加工設備主軸套；2 表示下端面齒盤；3表示上端面齒盤；4 表示齒輪軸；5 表示齒輪；6 表示脹緊套；7 表示伺服電機。圖1 所示的數控加工設備結構整體以水平面作為定位基準，在主軸上伺服電機安裝在動力滑臺上，沿橫軸方向提供設備整體的驅動動力。除圖1 中所示結構以外，數控加工設備的定心夾具通過夾具底座安裝在設備的導軌當中，機床的輪廓高度較低，并且機床具有良好的常開性，能夠方便后續螺紋零件加工過程中的裝卸和后期維護。

1.2 螺紋零件加工進刀方式及切削參數選擇

在完成對螺紋零件數控加工設備結構布局后，還需要對進刀方式進行選擇，結合螺紋零件的加工要求，可選擇的進刀方式包括直切法、左右偏刀法和側向進刀法。

首先，螺紋零件的設計圖紙要求螺距較小，且精度要求相對較低的梯形螺紋加工形式時，應當使用直切法進刀方式，圖2為直切法進刀方式示意圖。

圖2 直切法進到方式示意圖

其次，螺紋零件的設計圖紙要求螺距較大，并且加工工藝精度較高時，應當使用左右偏刀法進刀方式，圖3 為左右偏刀法進刀方式示意圖。

圖3 左右偏刀法進刀方式示意圖

最后，螺紋零件的設計圖紙要求螺距較大，并且加工工藝精度較高的梯形螺紋加工時，應當使用側向進刀法，圖4 為側向進刀方式示意圖。

圖4 側向進刀方式示意圖

三種進刀方式相比，側向進刀方式的切削效率最高。在進行實際螺紋零件加工時，應當根據具體設計圖紙的相關要求，對進刀方式進行合理選擇，以此保證加工工藝的效率和質量。

當對螺紋零件進行加工時，數控加工設備主軸的轉速選擇過高會出現不執行、飛刀、扭矩變小的問題產生。因此，還需要對切削參數進行合理選擇。通常情況下，應當將數控加工設備主軸轉速設置在225rpm，再根據具體施工的數控加工設備功率情況進行適當的調整。切削的速度應為主軸轉速與每轉進給量的乘積。

1.3 螺紋零件加工坐標參數設定

在明確螺紋零件加工進刀方式及切削參數后，對螺紋零件的加工坐標參數進行設定，利用UG 軟件對螺紋零件加工坐標位置進行定義，并在該軟件當中進行相應的編程。根據螺紋零件的輪廓，將其在加工坐標系當中的坐標進行確定，并利用UG軟件的坐標設定功能，設置螺紋零件加工的三維坐標，并規定三個方向坐標方向為螺紋零件數控加工設備的導軌方向[3]。在實際加工過程中，還應當確保工件在數控加工設備上的位置方便對刀和其他加工進行操作，具體螺紋零件加工坐標參數設定流程為：

第一，設定螺紋零件加工坐標系，在UG 軟件當中單擊操作導航界面，選擇相應的幾何視圖按鈕，并選擇MCS 選型；

第二，設定數控設備加工坐標系及工作坐標系保持一致，始終保證數控加工設備的底面為橫軸，平面為縱軸，刀軸為空間坐標軸；

第三，在UG 軟件當中創建一個螺紋零件對應的加工操作，并將該點作為父結點，用于指定螺紋零件的工件幾何體、部件幾何體。

1.4 螺紋零件加工精度誤差補償

在實際加工過程中，由于存在精度誤差會造成螺紋零件加工工藝的質量無法達到實際要求的標準。因此，為進一步提高螺紋零件的加工精度，還需要對其相應的誤差進行補償。螺紋零件數控加工精度誤差的產生，一般情況下會受到加工模具與加工設備配合精度等相關因素的影響，并且這一方面的影響也是最主要的誤差產生原因。針對這一問題，本文主要針對螺紋零件數控加工的這一方面產生的精度誤差進行補償。在數控加工設備的中心軸上，增加輔助定位面，并形成內孔為Φ7K5、外圓為Φ52h1 的定位結構，再針對其中可能存在誤差的多個位置，根據實際需要分別進行補償。通常情況下，數控加工設備的結構中心軸上定位孔為Φ53h4、定位軸Φ8K5 均是固定在機械零件的卡盤上的，并只需要完成一次加工工藝即可。通過數控加工設備同軸度、垂直度誤差的近似值。螺紋零件數控加工的精度誤差情況，可實現更加精準的誤差反映。螺紋零件數控加工上設置三個定位面也能夠完成高精度加工定位，并保證加工后的螺紋零件具有更高的精度標準。完成對機械零件定位后，形成內孔為Φ8F6/k4 與外圓為Φ37h2/5 兩種配合間隙，在沒有誤差存在的情況下，二者數值不同。利用間隙較小的定位面，實現對機械定位作用，從而彌補了利用單徑向定位面時由于間隙過大而不能進行選擇的限制，以此實現對螺紋零件加工精度誤差的補償。

2 對比實驗

通過以上論述完成對數控加工螺紋零件加工工藝設計，為進一步驗證新的工藝方法在實際應用中的效果，將新的工藝方法與傳統工藝方法對相同螺紋零件進行加工，以此驗證本文設計的新的工藝方法的應用優勢。為保證對比實驗的客觀性，在利用兩種螺紋零件加工方法對螺紋零件加工時，除本文上述螺紋零件數控加工設備結構布局和螺紋零件加工進刀方式及切削參數選擇存在差異以外，其余工藝條件均相同，數控加工設備在運行過程中的電壓均為22V，主轉軸的轉速均為1600 r/min，數控加工設備中電解液的內配壓力均為1.35MPa，脈沖頻率均為26.55kHz。分別利用兩種加工工藝對100 個工件進行加工，并利用測量設備對每一個加工后的螺紋零件的不同結構尺寸進行測量。將兩種加工工藝下的螺紋零件加工測量結果進行記錄，并繪制成如圖5 所示的實驗結果對比圖。

圖5 兩種加工工藝實驗結果對比圖

從圖5 中兩組加工工藝的曲線可以看出，本文加工工藝的螺紋零件尺寸誤差測量結果與傳統加工工藝的螺紋零件尺寸誤差測量結果整體變化幅度上十分相似，但明顯本文加工工藝下螺紋零件尺寸誤差更小。該螺紋零件加工要求中明確提出，加工后的螺紋零件尺寸誤差不超過0.15 即為符合加工要求的螺紋零件。從圖5 中可以看出，在對60 個加工零件進行加工時，傳統加工工藝的平均尺寸誤差明顯不符合加工質量要求，而本文加工工藝引入了對加工精度誤差的補償機制，因此能夠針對可能造成誤差較大的加工位置進行自動調節，實現對誤差的高精度控制，使得在完成120 個加工零件處理后仍然滿足生產要求。因此，通過對比實驗進一步證明，本文提出的數控加工螺紋零件加工工藝具有更高的加工精度，可有效提高螺紋零件生產的整體加工質量。

3 結論

本文對數控加工螺紋零件加工工藝展開分析研究，通過本文的研究成果可知，機械技工技術是推動我國社會生產與勞動建設的核心技術，基于我國當下機械設備功能與結構的愈發復雜化，機械系統在運行中可實現的功能與規模也發生了變化。而傳統的數控加工螺紋零件加工工藝存在設計效率差、可靠性表達能力不足等問題，通過本文的設計，可良好地解決傳統技術存在的問題，實現對數控加工螺紋零件加工工作的有序實施，在真正意義上為我國機械制造與機械生產產業的發展與建設提出智能化技術的支撐及指導。