普通三角形圓柱外螺紋數(shù)控車削加工工藝分析

鄭文贏

（營口市農(nóng)業(yè)工程學(xué)校 遼寧營口 115009）

普通三角形圓柱外螺紋數(shù)控車削加工工藝分析

鄭文贏

（營口市農(nóng)業(yè)工程學(xué)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(duì)普通三角形圓柱外螺紋數(shù)控車削加工工藝過程進(jìn)行了簡要分析

普通螺紋 數(shù)控車削 加工工藝

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

一、加工工藝分析

在數(shù)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(jìn)行編程和加工。工藝方案的好壞不僅會(huì)影響數(shù)控車床效率的發(fā)揮，而且將直接影響到螺紋的加工質(zhì)量。

1.螺紋車刀材質(zhì)、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(duì)螺紋車刀的要求主要有以下幾點(diǎn)：

1.1 材質(zhì)要求

制造螺紋車刀的材料有高速鋼和硬質(zhì)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(zhì)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(shù)控車床一般選用硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)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(shí)車刀的縱向前角應(yīng)等于0°；粗車時(shí)允許有5°-15°的縱向前角；

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

(d)車刀兩側(cè)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(duì)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(shù)控車床上車螺紋時(shí)，沿螺距方向的進(jìn)給應(yīng)和車床主軸的旋轉(zhuǎn)保持嚴(yán)格的速比關(guān)系，考慮到刀具從停止?fàn)顟B(tài)到達(dá)指定的進(jìn)給速度或從指定的進(jìn)給速度降為零，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)必有一個(gè)過渡過程，因此沿軸向進(jìn)給的加工路線長度，除保證螺紋長度外，還應(yīng)增加刀具導(dǎo)入距離δ1和導(dǎo)出距離δ2，δ1和δ2的數(shù)值與車床拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性、螺紋的螺距和精度有關(guān)。一般δ1為2-5mm，對(duì)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(shí)，收尾處的形狀與數(shù)控系統(tǒng)有關(guān)，一般按45°退刀收尾。

由于螺紋多數(shù)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(jù)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(jìn)刀方式有直進(jìn)式和斜進(jìn)式：

3.1 直進(jìn)式切削方法

直進(jìn)式車螺紋容易保證牙型的正確性，但由于兩側(cè)刃同時(shí)工作，切削力較大，容易產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象，而且排削困難，因此在切削時(shí)，兩切削刃容易磨損。在切削螺距較大的螺紋時(shí)，由于切削深度較大，刀刃磨損較快，從而造成螺紋中徑產(chǎn)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(jìn)式切削方法

由于為單側(cè)刃加工，加工刀刃容易磨損，使加工的螺紋面不直，刀尖角發(fā)生變化，而造成牙形精度較差。但由于其為單側(cè)刃工作，刀具負(fù)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(zhuǎn)速的確定

在車削螺紋時(shí)，車床的主軸轉(zhuǎn)速將受到螺紋的螺距（或?qū)С蹋┐笮?、?qū)動(dòng)電機(jī)的升降頻特性及螺紋插補(bǔ)運(yùn)算速度等多種因素影響，故對(duì)于不同的數(shù)控系統(tǒng)，推薦有不同的主軸轉(zhuǎn)速選擇范圍。如大多數(shù)經(jīng)濟(jì)型車床數(shù)控系統(tǒng)推薦車螺紋時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速如下：

n≤1200/P-K

式中：P是螺紋的螺距(mm)；K是保險(xiǎn)系數(shù)，一般取為80。

4.2 走刀次數(shù)和背吃刀量的確定

螺紋加工中的走刀次數(shù)和背吃刀量會(huì)直接影響螺紋的加工質(zhì)量，車削螺紋時(shí)的走刀次數(shù)和背吃刀量可參考表1。

表1：常用螺紋的進(jìn)給次數(shù)及背吃刀量（米制螺紋）（單位：mm）

二、編程示例

不同的數(shù)控系統(tǒng)，車螺紋的編程指令有所不同。對(duì)于FANUC 0i系統(tǒng)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(jìn)式切削法和G76斜進(jìn)式切削法。

加工如圖所示零件M30X2的普通外螺紋，主軸轉(zhuǎn)速n=1200/P-K=（1200/2-80）=520r/min.根據(jù)零件材料、刀具等因素可以取n=400r/min。螺紋的螺距為2，根據(jù)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(shí)設(shè)定升速導(dǎo)入段δ1取值5mm，降速導(dǎo)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(zhuǎn)，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為400 r/min）

G00 X32 Z5；（刀具定位到循環(huán)起點(diǎn)）

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?fù)Q刀點(diǎn)）

M05；

M30；

3.采用G76指令車螺紋

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

G00 X32 Z5；（刀具定位到循環(huán)起點(diǎn)）

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?fù)Q刀點(diǎn)）

M05；

M30；

通過對(duì)同一螺紋三種不同的編程方法進(jìn)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(shù)計(jì)算比較復(fù)雜。在實(shí)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(shí)為保證加工效率和加工精度也采用混合編程來進(jìn)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(guī)，螺紋外經(jīng)千分尺，螺紋套規(guī)進(jìn)行不同項(xiàng)目的檢測，根據(jù)不同的加工程序和方法其檢測的重點(diǎn)也不同。

對(duì)于直進(jìn)式切削，兩切削刃容易磨損。在切削螺距較大的螺紋時(shí)，由于切削深度較大，刀刃磨損較快，從而造成螺紋中徑產(chǎn)生誤差，因此加工時(shí)要重點(diǎn)檢測。

對(duì)于斜進(jìn)式切削方法，由于為單側(cè)刃加工，加工刀刃單側(cè)磨損，使加工的螺紋面不直，刀尖角發(fā)生變化，而造成牙形精度較差，檢查時(shí)要特別注意。

四、結(jié)論

數(shù)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(shù)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(wěn)定可靠地加工螺紋，充分發(fā)揮數(shù)控加工的優(yōu)勢。

[1]高楓 肖衛(wèi)寧.數(shù)控車削編程與操作訓(xùn)練 高等教育出版社 2005

[2]徐冬元 朱和軍.數(shù)控加工工藝與編程實(shí)例 電子工業(yè)出版社2007

[3]朱明松.數(shù)控車床編程與操作項(xiàng)目教程 機(jī)械工業(yè)出版社2008