在數(shù)控車變速加工大導(dǎo)程梯形螺紋防止亂扣的方法

羅金龍

摘要：在數(shù)控車床加工螺紋時，大部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)如果改變轉(zhuǎn)速都會造成螺紋亂扣。本文針對變速車削螺紋產(chǎn)生亂扣的原因進(jìn)行了詳細(xì)的分析，在實踐中尋找到一種因速度變化造成大導(dǎo)程螺紋產(chǎn)生誤差的檢測方法，從而彌補(bǔ)了數(shù)控機(jī)床因轉(zhuǎn)速變化造成螺紋亂扣的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計問題。

關(guān)鍵詞：數(shù)控車大導(dǎo)程螺紋；轉(zhuǎn)速改變亂扣；精確測試變化規(guī)律；編程補(bǔ)償變化值

大導(dǎo)程梯形螺紋一般都是多頭螺紋，車削時需要分粗精加工進(jìn)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(shù)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(jìn)行了深入的分析與探索。

1.數(shù)控車加工螺紋產(chǎn)生亂扣的原因分析與解決方法的探索

1.1 數(shù)控車變速車螺紋對刀具加工運(yùn)動軌跡產(chǎn)生變化的影響

數(shù)控車加工螺紋需要保證螺紋的進(jìn)給與主軸旋轉(zhuǎn)同步，其控制主要依靠機(jī)床的主軸編碼器、運(yùn)算器、伺服電機(jī)、滾珠絲杠四個部件來實現(xiàn)。

在加工螺紋時只改變了主軸的轉(zhuǎn)速，其他條件未發(fā)生改變就使螺紋產(chǎn)生了亂扣。因此可以確定主軸轉(zhuǎn)數(shù)的變化是導(dǎo)致螺紋刀具的運(yùn)動軌跡產(chǎn)生變化的根本原因。主軸轉(zhuǎn)速變化造成刀具運(yùn)動軌跡發(fā)生變化的規(guī)律我們可以用圖1所示的示意圖進(jìn)行直觀的分析。S1是轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分時螺紋刀具的運(yùn)動軌跡示意圖，S2是轉(zhuǎn)為120轉(zhuǎn)/分時螺紋刀具的運(yùn)動軌跡示意圖，產(chǎn)生兩種運(yùn)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(chǎn)生如圖1所示的軸向螺距誤差L1。

1.2 數(shù)控車Z向起刀點位置變化對螺紋刀具加工運(yùn)動軌跡的影響

在編制數(shù)控螺紋加工程序時，螺紋的Z向起刀點位置相當(dāng)重要。螺紋在加工中途停機(jī)修改螺紋的Z向起刀點位置，繼續(xù)加工螺紋，會發(fā)生兩種情況。一種情況不會發(fā)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(dǎo)程的整數(shù)倍，即螺紋刀具在加工過程中的運(yùn)動軌跡處在同一螺旋槽內(nèi)。另一種情況會產(chǎn)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(dǎo)程的整數(shù)倍，即螺紋刀具在加工過程中的運(yùn)動軌跡不處在同一螺旋槽內(nèi)。

1.3 利用螺紋加工編程原理可以彌補(bǔ)數(shù)控車轉(zhuǎn)速變化產(chǎn)生的刀具軌跡變化。

根據(jù)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(jìn)行調(diào)整刀具的運(yùn)動軌跡，使其同時處于同一螺旋線內(nèi)，從而解決螺紋的亂扣問題，但必須測定L1的具體數(shù)值。

2.測定螺紋速度變化導(dǎo)致刀具運(yùn)動軌跡產(chǎn)生變化誤差變化規(guī)律

2.1 如何測定兩種速度車削螺紋產(chǎn)生的變化規(guī)律

使用兩種轉(zhuǎn)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(xiàn)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(jìn)行精確測量。

為了解決這2個問題，采取變通的方法進(jìn)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(jìn)行轉(zhuǎn)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(dǎo)程軌跡誤差，與是什么樣的螺紋無關(guān)，因此在進(jìn)行測試時完全可以車削矩形螺紋來進(jìn)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(jìn)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(dǎo)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(jù)車削螺紋的直徑與導(dǎo)程，計算出螺紋的導(dǎo)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(jìn)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(chǎn)生螺紋刀具運(yùn)動軌跡變化的具體數(shù)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(shè)為Z【8+（A1-A2）×tgα】，精加工螺紋的Z向起刀點設(shè)為Z8.0，螺紋加工程序分粗、精加工進(jìn)行分段編制，最后編制螺紋倒角程序。當(dāng)程序編制結(jié)束，刀具對好刀后，就可直接進(jìn)行梯形螺紋的加工。

4.結(jié)束語

采用變速車梯形螺紋不亂扣，提高了數(shù)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(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙長明，劉萬菊.數(shù)控加工工藝及設(shè)備[M].北京：高等教育出版社，2008.