數(shù)控車工實(shí)習(xí)教學(xué)中螺紋加工的實(shí)踐與研究

張智輝

【摘要】螺紋加工是數(shù)控車工實(shí)習(xí)教學(xué)的重要內(nèi)容，也是在數(shù)控車工職業(yè)資格等級(jí)考試中必考的項(xiàng)目，本文結(jié)合在在螺紋加工數(shù)控車工實(shí)習(xí)教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中學(xué)生出現(xiàn)的螺紋加工的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)，方便學(xué)生更好地掌握此項(xiàng)技能。

【關(guān)鍵詞】螺紋加工;螺紋參數(shù);刀具;切削用量;編程指令;螺紋檢測(cè)

1.前言

在生活中，我們經(jīng)常見(jiàn)到許多具有螺紋的零件，那是由于螺紋常用于緊固、聯(lián)接及調(diào)節(jié)，又可用來(lái)傳遞動(dòng)力，因此應(yīng)用十分廣泛。螺紋的種類有很多，其中三角形螺紋主要用于聯(lián)接，也最為常見(jiàn)，在數(shù)控車實(shí)習(xí)教學(xué)中，三角形圓柱外螺紋的數(shù)控加工是中職學(xué)校學(xué)生的一個(gè)重要實(shí)習(xí)內(nèi)容，在數(shù)控車工職業(yè)資格等級(jí)考試中也是必考的操作技能。

在使用數(shù)控車床對(duì)三角形圓柱外螺紋進(jìn)行加工的教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生在初學(xué)螺紋加工時(shí)，總會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，導(dǎo)致最后加工出來(lái)的螺紋不合格，這些問(wèn)題歸結(jié)為：螺紋參數(shù)的查表與計(jì)算，螺紋刀的刃磨與安裝，切削用量的選擇以及螺紋加工程序編制和螺紋的測(cè)量，我將從以上所說(shuō)的五個(gè)方面來(lái)說(shuō)明在數(shù)控車床上加工三角形圓柱外螺紋的整個(gè)過(guò)程。

為了便于說(shuō)明螺紋加工的過(guò)程和方法，我以在數(shù)控系統(tǒng)GSK980TD上加工圖1所示的螺紋為例進(jìn)行闡述。

圖1

11

圖2

2.分析零件圖，確定螺紋參數(shù)

螺紋參數(shù)主要有螺紋大徑、螺紋中徑、螺紋小徑，導(dǎo)程等，具體內(nèi)容見(jiàn)圖2所示，但在計(jì)算時(shí)主要是螺紋大徑、螺紋中徑、螺紋小徑這個(gè)參數(shù)。

2.1 螺紋大徑

與外螺紋牙頂或內(nèi)螺紋牙底相重合的假想圓柱面的直徑，稱為螺紋大徑，外螺紋用d表示，國(guó)標(biāo)GB193-81規(guī)定，普通螺紋大徑的基本尺寸為螺紋的公稱直徑，其位置在原始三角形上部H/8削平處，在圖2中用d表示。螺紋大徑的尺寸影響螺紋的結(jié)合性及連接的可靠性，因此必須加以限制，規(guī)定其公差。我們可以通過(guò)查表得知M16×1.5-6g的螺紋大徑為Ф16。

所以，螺紋大徑的最大極限尺寸為：

16-0.032=15.968mm

螺紋大徑的最小極限尺寸為：

16-0.268=15.732mm

在實(shí)習(xí)教學(xué)過(guò)程中，如果加工精度要求不高，我們可以使用公式d=16-0.1P=15.85mm來(lái)計(jì)算螺紋大徑。外螺紋大徑的極限尺寸可以用游標(biāo)卡尺、千分尺或是光滑極限卡規(guī)來(lái)測(cè)量控制，確保加工的正確性。

2.2 螺紋中徑（d2）

中徑是一個(gè)假想圓柱的直徑，是該圓柱的母線通過(guò)牙型上的溝槽和凸起寬度相等的地方的直徑。在圖中用d2表示。

螺紋中徑完全不受其大徑、小徑尺寸變化的影響。中徑的大小決定了螺紋牙側(cè)對(duì)于軸線的徑向位置。因此，中徑是螺紋公差與配合的主要參數(shù)之一。螺紋中徑的尺寸可以通過(guò)公式計(jì)算或是查普通螺紋基本尺寸表取得。

計(jì)算公式為：

d2=d-2×3/8H=d-0.6495P

=15.026mm

2.3 螺紋小徑（d1）

與內(nèi)螺紋牙頂相重合的假想圓柱體直徑，其位置在原始三角形下部H/4削平處，在圖中用d1表示。在數(shù)控車削加工中，螺紋小徑是編寫數(shù)控程序的重要依據(jù)。一般，螺紋小徑的尺寸可以通過(guò)公式計(jì)算或是查普通螺紋基本尺寸表取得。

計(jì)算公式為：

d1=d-2×5/8H=d-1.0825P

=14.376mm

在螺紋加工實(shí)習(xí)過(guò)程中常常出現(xiàn)這樣一種情況：學(xué)生應(yīng)用上述公式計(jì)算出來(lái)的尺寸，編制到程序中以后，經(jīng)過(guò)對(duì)刀后加工出來(lái)的螺紋，經(jīng)過(guò)測(cè)量后，發(fā)現(xiàn)中徑不符合要求。原因是我們?nèi)心サ穆菁y車刀刀尖角度小于60或者可轉(zhuǎn)位機(jī)加車刀的刀尖比較尖銳，寬度上達(dá)不到上述公式反映的理論刀尖P/4的寬度。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們可以通過(guò)逐漸減少螺紋小徑，增大螺紋深度的方法，即改變公式中的系數(shù)來(lái)慢慢調(diào)試。經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果將系數(shù)從1.0825增加至1.3之間，學(xué)生加工出來(lái)的螺紋就符合技術(shù)要求。但在實(shí)習(xí)過(guò)程中我們還應(yīng)注意，同樣尺寸的螺紋，不同的學(xué)生使用自己刃磨的螺紋車刀，所取的系數(shù)是不一樣的，也就是加工螺紋的程序中小徑的值是不一樣的，系數(shù)具體要取多少合適，還需要通過(guò)多次的測(cè)試加工獲得，但只要掌握正確的方法，就能夠加工出合格的螺紋。

3.螺紋車刀的刃磨和安裝

實(shí)習(xí)過(guò)程中，我們使用的硬質(zhì)合金刀具，如果刀刃崩了，經(jīng)過(guò)刃磨以后，可以繼續(xù)使用，節(jié)省成本。

3.1 螺紋車刀的刃磨

關(guān)于螺紋車刀的刃磨，必須要掌握螺紋車刀的幾何角度，分別是刀尖角ε、前角Υ和后角α，刀尖角ε應(yīng)等于牙型角，對(duì)于實(shí)習(xí)過(guò)程中普通三角形螺紋的刀尖角ε是60o;前角Υ，一般為0o～15o，螺紋車刀的徑向前角對(duì)牙形角有很大的影響，對(duì)精度高的螺紋徑向前角可適當(dāng)取小一些（約0o～5o）;后角α一般為5o～10o，需要特別注意的是，因?yàn)槁菁y升角的影響，兩個(gè)后角大小應(yīng)該磨成不同，進(jìn)刀方向一面應(yīng)稍大一些。

3.2 螺紋車刀的安裝

車削螺紋時(shí)，為了保證牙形正確，對(duì)安裝螺紋車刀提出了嚴(yán)格的要求。安裝時(shí)刀尖高度必須對(duì)準(zhǔn)工件旋轉(zhuǎn)中心，車刀安裝得過(guò)高，則吃刀到一定深度時(shí)，車刀的后刀面頂住工件，增大摩擦力，甚至把工件頂彎，造成啃刀;過(guò)低，則切屑不易排出，車刀徑向力的方向是工件中心，加上橫進(jìn)絲杠與螺母間隙過(guò)大，致使吃刀深度不斷自動(dòng)徑向加深，從而把工件抬起，導(dǎo)致啃刀;車刀刀尖角的中心線必須與工件嚴(yán)格垂直，裝刀時(shí)可用樣板來(lái)對(duì)刀。

4.切削用量的確定

加工螺紋的參數(shù)主要有：主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度和背吃刀量。

4.1 主軸轉(zhuǎn)速

螺紋加工時(shí)主軸轉(zhuǎn)速可用下面經(jīng)驗(yàn)公式n=（1200/P）-K進(jìn)行計(jì)算，P為工件螺距，K為保險(xiǎn)系數(shù)，一般取80。在本例中主軸轉(zhuǎn)速經(jīng)計(jì)算應(yīng)取n=（1200/1.5）-80=720mm/min

4.2 工作臺(tái)縱向移動(dòng)速度

螺紋加工時(shí)數(shù)控車床主軸轉(zhuǎn)速和工作臺(tái)縱向進(jìn)給量存在嚴(yán)格數(shù)量關(guān)系，即主軸旋轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)，工作臺(tái)移動(dòng)一個(gè)待加工工件螺紋導(dǎo)程距離。因此在加工程序中只要給出主軸轉(zhuǎn)速和螺紋導(dǎo)程，數(shù)控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)運(yùn)算并控制工作臺(tái)縱向移動(dòng)速度。

4.3 背吃刀量

如果螺紋牙型較深、螺距較大，則可采用分次進(jìn)給方式進(jìn)行加工。每次進(jìn)給的背吃刀量用螺紋深度減去精加工背吃刀量所得的差按遞減規(guī)律分配。本例中的零件，因?yàn)槭褂玫陌袅现睆讲淮?，螺紋牙型不深，屬于小螺距。

5.螺紋加工程序編制

螺紋加工指令有單行程螺紋切削指令G32、螺紋切削指令G92和螺紋切削復(fù)合循環(huán)指令G76，常用的是G92，因篇幅有限，只寫出加工螺紋部分的程序，如下所示：

M03 ?S720 ?T0404;（4號(hào)刀為螺紋刀）

G00 ?X18 ?Z2;（快速定位）

G92 ?X15.2 ?Z-17 ?F1.5;（用螺紋固定循環(huán)指令G92車螺紋）

X14.6

X14.376

G00 ?X100 ?Z100;（返回?fù)Q刀點(diǎn)）

M05;（主軸停轉(zhuǎn)）

M30;（程序結(jié)束并返回程序開頭）

6.螺紋參數(shù)的檢測(cè)

檢測(cè)螺紋主要測(cè)量螺距、牙型角和螺紋中徑，而且這些測(cè)量要在拆卸工件、刀具前進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題還能及時(shí)補(bǔ)救。

6.1 測(cè)量螺距、牙型角

螺距是由車床的運(yùn)動(dòng)關(guān)系來(lái)保證的，用鋼尺測(cè)量即可。普通螺紋的螺距一般較小，在測(cè)量時(shí)，最好量10個(gè)螺距的長(zhǎng)度，再除以10得到一個(gè)螺距的尺寸。牙型角是由車刀的刀尖以及正確安裝來(lái)保證的，一般用樣板測(cè)量。也可用螺距規(guī)同時(shí)測(cè)量螺距和牙型角。

6.2 測(cè)量螺紋中徑

螺紋中徑常用螺紋千分尺測(cè)量。使用方法跟一般的外徑千分尺相似。它有兩個(gè)可以調(diào)換的測(cè)量頭，在測(cè)量時(shí)，兩個(gè)跟牙形相同的觸頭正好卡在螺紋的牙形面，所得到的千分尺讀數(shù)就是該螺紋的中徑實(shí)際尺寸。

6.3 綜合測(cè)量

用螺紋環(huán)規(guī)檢查三角形外螺紋。首先應(yīng)對(duì)螺紋的直徑、螺距、牙形和粗糙度進(jìn)行檢查，然后再用環(huán)規(guī)測(cè)量外螺紋的尺寸精度。如果環(huán)規(guī)通端正好擰進(jìn)去，而止端擰不進(jìn)去，說(shuō)明螺紋精度符合要求。圖1中加工的螺紋用到的螺紋環(huán)規(guī)型號(hào)為：M16×1.5-6g。對(duì)于精度要求不高的也可用標(biāo)準(zhǔn)螺母檢查，以擰上工件時(shí)是否順利和松動(dòng)的感覺(jué)來(lái)確定。檢查有退刀槽的螺紋時(shí)，環(huán)規(guī)應(yīng)通過(guò)退刀槽與階臺(tái)端面靠平。

7.結(jié)論

在數(shù)控車床上進(jìn)行螺紋的加工，不僅僅是一個(gè)指令的事情，它涉及到螺紋參數(shù)、刀具、切削用量、編程指令和量具使用等多方面的問(wèn)題，哪一方面出問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致最后加工螺紋的失敗，我們要善于在教學(xué)過(guò)程中不斷總結(jié)，把螺紋加工的知識(shí)、技能和經(jīng)驗(yàn)更好地傳授給學(xué)生。

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