機械螺紋類零件的數(shù)控機床加工技術

陳黃杰

（中鐵建電氣化局集團軌道交通器材有限公司，常州 213000）

螺紋類零件在機械設備中具有不可或缺的作用。由于其加工要求較高，為確保此類零件能夠正常使用，必須保證其精度和質量。傳統(tǒng)的車床雖然能夠滿足機械螺紋類零件的加工需要，但速度較慢且精度不高。應用數(shù)控機床加工技術進行螺紋類零件生產，除了能夠提高效率之外，還能保障零件的加工精度。

1 機械螺紋類零件的加工原理及數(shù)控機床加工工藝

1.1 螺紋類零件的含義和加工過程

機械設備是現(xiàn)代工業(yè)生產中不可或缺的組成部分。在這些機械設備的連接和傳動方面，螺紋類零件對其運轉過程起著不可替代的作用。螺紋是零件表面一種比較特殊的紋理。機械零件中的螺紋是在圓錐或圓柱體的表面形成的凸起，具有規(guī)律性和連續(xù)性特征。在現(xiàn)代工業(yè)快速發(fā)展的推動下，機械螺紋類零件的類型逐步增多，本身結構也呈現(xiàn)出復雜化的趨勢，如內/外螺紋、單線/多線螺紋、定距/變距螺紋等。螺紋類零件的工藝技術是加工重點，先建立坐標系，并測量待加工的螺紋類零件尺寸，然后定義點線面的具體位置，并以編程原點為依據(jù)，運用局部分散標注的方法完成零件加工。加工過程中要確保加工精度，降低加工誤差，以使零件達到質量要求[1]。

1.2 數(shù)控機床加工工藝

螺紋類零件的數(shù)控加工工藝種類較多，如切削、銑削、磨削、攻絲、套絲和滾壓等。經以上工藝處理后，可以使加工的螺紋類零件達到精度要求。其中：銑削是利用梳形或盤形銑刀加工；磨削需要通過磨床完成螺紋類零件的加工，主要的加工對象為淬火后硬度較高的工件，加工目標為高精度加工；攻絲是以旋轉的絲錐加工出工件的內螺紋；套絲是借助數(shù)控機床的板牙切出工件的外螺紋；滾壓是利用成型模具完成工件塑性變形的過程。另外，使用數(shù)控車床車削螺紋時，要利用成形的刀具，如梳刀、車刀等，其中前者適用于批量加工，后者常被用于單件加工。

2 數(shù)控機床加工技術在機械螺紋類零件加工中的具體應用

2.1 加工方案

在簡單描述數(shù)控機床加工機械螺紋類零件的工藝后，下面重點分析數(shù)控機床在螺紋類零件加工中具體應用。本次研究以芯軸類零件為對象，其實體如圖1所示。

圖1 機械螺紋類零件示意圖

該零件以小批量生產為主，數(shù)控機床加工技術的應用思路如下：首先，依據(jù)工件特點設定正確的坐標系；其次，按照加工要求，編制合理可行的加工工藝方案，并據(jù)此合理選擇刀具及切削工藝參數(shù)；最后，編制數(shù)控加工程序，完成零件加工。本次加工的零件螺紋部位在頂部，為普通三角形細牙右旋螺紋。利用數(shù)控車床加工時，可以通過G32或G92等指令進行編程加工。與普通車床相比，使用數(shù)控機床加工螺紋類零件精度更高，速度更快，能夠滿足生產需要。

2.2 數(shù)控加工編程指令

2.2.1 編程指令G32

該指令為等螺距螺紋切削指令，具體格式為G32 X(U)_Z(W)_F(I)_。在該指令中，X和Z代表螺紋終點的絕對坐標值；U和W代表螺紋終點相對于起點的增量坐標值；I代表車削英制螺紋時每英寸的牙數(shù)；F代表長軸方向的導程。當X和U省略時，數(shù)控機床進行圓柱螺紋切削；當Z和W省略時，數(shù)控機床則會進行端面螺紋切削。通過G32指令能夠使數(shù)控機床完成直螺紋切削、錐螺紋切削、端面螺紋切削以及連續(xù)且多段螺紋切削等操作[2]。

2.2.2 編程指令G92

該指令為螺紋切削循環(huán)指令，具體的指令格式為G92 X(U)_Z(W)_R_F(I)_。在該指令中，X、Z、U、W、F和I代表的內容與G32完全相同；R代表切削螺紋起點和終點之間的半徑差。數(shù)控機床切削圓柱螺紋時，即當R為0時，可以省略。數(shù)控機床切削錐螺紋時，若R為圓錐螺紋起點與終點之間的半徑差，則R的正負主要取決于螺紋切削起點與終點的坐標。若起點的坐標值比終點坐標值小，則R取負值；反之，則取正值[3]。

2.3 確定進刀方式和切削深度

2.3.1 進刀方式

受伺服系統(tǒng)本身滯后特點的影響，數(shù)控機床在螺紋切削的開始和結束部分，導程會發(fā)生一定程度的變化，從而容易導致加工精度下降。為避免此類問題的發(fā)生，應用數(shù)控機床切削螺紋時，要合理設置升降速進刀段的參數(shù)。通過數(shù)控車床切削加工螺紋時，常用的進刀方式有直進法和斜進法兩種，具體可以按照實際的加工需要合理選擇。需要注意，無論選擇何種進刀方式，都必須確保螺紋切削加工的精度。

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2.3.2 切削深度

在數(shù)控車床加工過程中，為確保車削時螺紋牙頂有0.125P的寬度，車削前大徑的尺寸要小于公稱直徑[4]。

公稱直徑和螺紋總切削深度的計算方式為：

式中：d為公稱直徑；t為螺紋總切削深度；P為螺紋的螺距。

2.4 加工技術要點

2.4.1 加工準備

本次螺紋切削加工的設備選用國產某系列數(shù)控車床，并利用三爪自定心卡盤對零件進行裝夾。待加工螺紋類零件的毛坯選用規(guī)格為32 mm×65 mm的棒料，材質為45#優(yōu)質碳素結構鋼。切削刀具選用的是90°外圓車刀、4.0 mm切槽刀以及60°的外螺紋刀。測量工具包括量程為0～300 mm的鋼直尺、測量精度為0.02 mm且量程為0～150 mm的游標卡尺、螺紋環(huán)規(guī)以及粗糙度樣板等。

2.4.2 加工工藝流程

2.4.3 加工注意事項

采用數(shù)控機床加工機械螺紋類零件前，要以設計圖紙為主要依據(jù)編寫相應的程序。此項工作可借助主軸編碼器完成，然后根據(jù)編寫好的程序對螺紋類零件進行數(shù)控加工。處理數(shù)據(jù)時，可根據(jù)系統(tǒng)檢測確定主軸的各個信號，并按選好的運行方式加工，使零件達到相關標準的要求。具體加工時應注意如下事項：第一，要圍繞主軸旋轉參數(shù)，以刀架帶動螺紋刀做“Z”形移動，獲得與圖紙尺寸要求相符的螺紋；第二，加工螺紋的過程中，需要反復、多次切削，同時為防止發(fā)生精度問題，要保證每一次的切削深度和位置均與標準要求相符；第三，切削加工螺紋類零件時，可采用精確分度的方式，以此來達到提升零件加工精度的目的。操作過程中，應按照數(shù)控機床的加工標準，設定光電編碼器，使機床的驅動精度達到規(guī)定要求，從而保證加工精度。螺紋類零件設計、編程后，要及時將相關參數(shù)輸入到數(shù)控系統(tǒng)中。輸入時，要檢查參數(shù)，確保其正確無誤，以免因參數(shù)錯誤導致零件的加工誤差增大而影響產品質量。在數(shù)控機床加工過程中，要分析加工工藝，并以此為基礎，選取最為適宜的加工步驟，同時嚴格按設計要求確定走刀路線。

數(shù)控機床加工機械類螺紋零件是一個較為復雜的過程，出現(xiàn)任何問題都可能導致零件的加工精度和質量下降，所以操作人員應特別注意相關事項，在確保零件精度的前提下，提高加工效率。當零件加工出現(xiàn)錯誤時，要及時進行調整，以減少零件的報廢率，避免資源浪費。另外，在螺紋類零件數(shù)控加工環(huán)節(jié)中，要嚴格挑選具體的加工內容，并根據(jù)加工需要和質量標準提前設計好方案，然后繪制圖紙，將走刀的正確方向標注在圖紙中。這種方法除了能夠優(yōu)化螺紋類零件的數(shù)控加工流程外，還能大幅縮短加工所用的時間。由于數(shù)控系統(tǒng)本身存在一定的局限性，在對螺紋類零件進行加工時，要充分考慮各方面的影響因素，最大限度減少誤差，使加工的螺紋類零件的精度符合質量標準要求。一旦精度出現(xiàn)偏差，必須及時調整。

2.5 質控措施

2.5.1 確保工件及刀具的安裝質量

在使用數(shù)控機床加工機械螺紋類零件的過程中，為確保加工質量，要采取有效的控制措施。首先，待加工的工件應當裝夾在自定心卡盤上，并保證裝夾牢固。其次，在安裝車刀的過程中，要避免刀具伸出過長。最后，刀尖的高度應當與機床主軸的中心保持等高，螺紋刀的中心線必須與待加工工件的中心線保持垂直，才能使牙型角對稱，從而確保車削精度。

2.5.2 確保對刀精度合理

為確保螺紋刀的對刀精度，可在對刀過程中運用角度樣板，使刀位點與主軸軸線等高，并使刀尖角的角平分線與主軸的軸線垂直[6]。

2.5.3 控制加工精度

首先，加工首件工件時，要采用單段運行模式，并借助數(shù)控機床控制面板上的相應按鍵修正加工參數(shù)。檢測首件確認質量合格后，以該參數(shù)為準開始自動加工。其次，在工件加工時，要保證所有的尺寸精度在允許范圍內。若發(fā)現(xiàn)誤差，要及時通過刀補修正的方法處理。最后，用游標卡尺測量工件各部分的尺寸，并用螺紋環(huán)規(guī)檢測螺紋部分，確認零件質量是否達標。若發(fā)現(xiàn)質量問題，則應及時查明原因，并采取相應的措施處理。

3 結語

綜上所述，機械螺紋類零件的數(shù)控加工是確保零件加工精度的重要手段。具體加工過程中要制定合理的方案，明確編程指令，確定加工方式和切削深度，了解并掌握加工技術要點，采取有效的措施控制加工質量，從而保證零件的加工精度。