梯形螺紋加工分層排刀法在車床切削加工中的應(yīng)用

黃 玖

（廣西機電技師學(xué)院，廣西柳州 545005）

0 引言

車床作為制造業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)備，只有在技工的操作下，才能發(fā)揮其應(yīng)用價值，不管是在重工業(yè)企業(yè)，還是在中企業(yè)當(dāng)中，普通車床的應(yīng)用較為常見，熟練的車床技工是該領(lǐng)域普遍需要的人才。應(yīng)用普通車床切削出梯形螺紋，對車床磨損相對較大，所以梯形螺紋多以數(shù)控機床加工為主[1]。

1 定義及參數(shù)信息

梯形螺紋是螺紋的一種，因為牙型為等腰梯形，牙型角為30°，故而稱之為梯形螺紋（圖1）。梯形螺紋特點為：內(nèi)外螺紋為錐面，自身的貼合力較大，穩(wěn)固性非常好，作為連接部件，不易出現(xiàn)松動的情況；而與矩形螺紋對比來看，梯形螺紋的傳動率要略低于一些，但是由于梯形螺紋工藝和牙根強度較為良好，實際應(yīng)用效果要高于矩形螺紋[2]。針對梯形螺紋的提出的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為30°梯形螺紋代號用“Tr”及公稱直徑×螺距表示，左旋螺紋需在尺寸規(guī)格之后加注LH，右旋則不注出。梯形螺紋的基本參數(shù)信息見表1。

表1 梯形螺紋的基本參數(shù)信息

圖1 梯形螺紋

2 切削循環(huán)G92 指令及普通車床的分層排刀法

2.1 梯形螺紋切削循環(huán)G92 指令

G92 切削循環(huán)的加工步驟為：進(jìn)刀→加工→退刀→返回，其中進(jìn)刀是在循環(huán)起點位置上快速地完成進(jìn)刀操作；加工為對螺紋進(jìn)行切削的加工；退刀和返回則與進(jìn)刀相同，都是在快速的狀態(tài)下完成，4 個步驟所形成的循環(huán)操作，便是G92 指令基本內(nèi)容（圖2）。

圖2 G92 指令螺紋切削過程平面

由圖2 可知，G92 指令的切削加工方面，是直進(jìn)式的切削加工，假若將其應(yīng)用到數(shù)控車床當(dāng)中，數(shù)控機床便會采用分層法進(jìn)行加工。而分層法在編程過程中，一個主程序通過控制3 個子程序，完成相關(guān)加工操作實現(xiàn)分層左右切削的加工方式（圖3）。所以，此種加工方式，能夠適用于大螺距的螺紋加工，梯形螺紋便屬于大螺距螺紋[3]。

圖3 分層編程程序控制

2.2 普通車床的分層排刀法

以Tr36×6-7e（外梯形）螺紋為例，按照G92 指令內(nèi)容推導(dǎo)出普通車床的分層排刀法，內(nèi)容如下[4]。

（1）加工梯形螺紋的準(zhǔn)備工作：①按照梯形螺紋的大徑尺寸進(jìn)行車床加工，加工至公稱直徑尺寸處，公稱直徑尺寸處位置的尺寸減少0.05～0.1 mm 即可；②梯形螺紋的圓柱面兩側(cè)倒角，角度設(shè)定為15°；③采用對刀樣板進(jìn)行刀具的安裝，刀尖的高度與主軸中心高等相同，同時左、右兩側(cè)的半角呈現(xiàn)為對稱狀態(tài)；④中滑板刻度和小滑板刻度進(jìn)行對零操作；⑤進(jìn)行車床切削時，中滑板吃刀設(shè)定為0.1 mm，從而檢驗螺距是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

（2）分層排刀法的走刀加工流程，需要進(jìn)行9 層的加工，走刀數(shù)為3，中小滑板刻度在不同層加工當(dāng)中參數(shù)不同，分層排刀法走刀加工流程見表2。

表2 分層排刀法走刀加工流程 mm

（3）在實際加工過程中，假若加工出現(xiàn)問題，可以選用分層排刀法，進(jìn)行梯形螺紋的二次對刀，從而有效提高加工的工作效率。此外，分層排刀法不僅適用于外梯形螺紋的加工，還可將其應(yīng)用帶內(nèi)梯形螺紋的加工當(dāng)中，只需要將中滑板的刻度值降低1/2 便可實現(xiàn)。

3 普通車床切削加工中梯形螺紋的加工設(shè)計

3.1 刀具設(shè)計

通常情況下加工梯形螺紋的刀具材料為高速鋼，型號為W18Cr4V，此種材料的刀具不僅具有較高的可磨性，還能適用于低轉(zhuǎn)速的加工過程中，進(jìn)而提高加工面的質(zhì)量。但是此種材料刀具的耐磨性和熱塑性較低，所以實際加工效率較差，而數(shù)控車床常用的涂層合金刀具，不但滿足高轉(zhuǎn)速的加工要求，實際表面的加工質(zhì)量還能得到保證，同時自身具備強耐磨特點，能夠有效提高加工的效率[5]。因此，在普通車床上加工梯形螺紋時，刀具方面的設(shè)計可將上述兩種刀具結(jié)合起來，其中高轉(zhuǎn)速的刀具用于精細(xì)化的梯形螺紋加工工序，涂層合金材料的刀具用于粗加工的梯形螺紋加工工序。

此外，還需要對高速鋼的刀具進(jìn)行修改，才能保證高速鋼刀具的穩(wěn)定性，修改內(nèi)容主要有兩項，分別是提高高速鋼刀頭的裝夾穩(wěn)定性和降低高速鋼刀在切削過程中的振動頻率，從而在高速鋼刀柄的固定件。也可以采取加粗的方式，增加裝夾穩(wěn)定性，同時在刀桿的彈性裝置上加裝一個減振的彈簧圈，增加刀具的抗振能力。

3.2 加工參數(shù)設(shè)計

（1）普通車床切削加工的方法。常規(guī)的普通車床切削加工的方法主要有3 種，分別是斜進(jìn)法、左右切削法以及直進(jìn)法，其中直進(jìn)法的加工精度要求相對較低，左、右切削法主要用于加工工件的兩側(cè)面，斜進(jìn)法則為加工工件的特殊結(jié)構(gòu)。因此，上述3 種加工方法，粗加工選用直進(jìn)法、精細(xì)化加工選用剩余兩種方法，同時按照工件的加工要求調(diào)整斜進(jìn)法和左、右切削法的加工工序。

（2）加工參數(shù)。加工參數(shù)以Tr40×6 的梯形螺紋為例，按照表1 的參數(shù)指標(biāo)計算相關(guān)內(nèi)容，從而得到對應(yīng)的加工參數(shù)數(shù)據(jù)（表3）。

表3 Tr40×6 的梯形螺紋加工參數(shù) mm

（3）左右切削法加工方法。使用左右切削法，先測量出牙頂寬數(shù)值，將測量數(shù)值減去理論數(shù)值，之后再減去左右兩側(cè)身剩余的精細(xì)化加工量，假若精細(xì)化加工的表面質(zhì)量狀態(tài)較好時取0.2 mm 的值，反之粗糙程度較高時則取0.3 mm，之后將取的值縮小兩倍，從而得到單側(cè)切削的刀量。此外，精細(xì)化加工選用高速鋼時，刀具轉(zhuǎn)速設(shè)置為28 r/min，加工刀槽底尺寸，同時為了保證螺紋中徑的尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)行精細(xì)化的左、右兩側(cè)切削加工。

3.3 螺紋精度控制

（1）機床的調(diào)整。梯形螺紋在加工過程中，對于精度的要求較高，為了降低加工機床的磨損程度，機床方面的調(diào)整可通過選用專用絲桿車床的方式，提高絲桿的加工精度；還可以調(diào)整車床各部件之間間隙的方式，增加車床精度的同時，降低磨損[6]。例如：調(diào)整滑板楔鐵的配合間隙、調(diào)整開合螺母的燕尾導(dǎo)軌配合間隙等。

（2）刀具的裝夾。刀具的裝夾控制分為兩點，分別是刀具兩側(cè)刃后角的變化以及刀具安裝的精度影響。其中刀具兩次刃后角的變化，主要是因為機床切削時，受到螺紋升角的影響，從而導(dǎo)致其出現(xiàn)變化，進(jìn)而可選用能轉(zhuǎn)動加工刀角度的彈性刀架，來控制切削的振動幅度以及預(yù)防扎刀的情況，但此種方式只能應(yīng)用于粗加工工序當(dāng)中；再者是刀具安裝的精度影響，假若機床在安裝刀具時，中心高的對準(zhǔn)程度沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，就有可能導(dǎo)致螺紋的牙型角出現(xiàn)偏差，進(jìn)而需要利用螺紋角度樣板，對刀的中心高進(jìn)行校準(zhǔn)，確保螺紋加工刀尖中心線與工件軸線保持在垂直狀態(tài)。同時在安裝刀具時，使用百分表對刀具左側(cè)未進(jìn)行刃磨的部分，進(jìn)行直線度校準(zhǔn)，從而控制刀具安裝的精準(zhǔn)度。

（3）中徑值的控制。梯形螺紋的測量內(nèi)容主要分為大徑、中徑和牙型角，大徑和牙型角測量較為簡單，中徑則存在一定的難度。梯形螺紋在精細(xì)化加工過程中，只有控制好中徑值才能保證螺紋加工的精度和效率，所以可以通過控制小滑板進(jìn)給數(shù)值的方式控制中徑值，規(guī)律為：小滑板進(jìn)0.05 mm，中徑值降低0.15 mm；小滑板進(jìn)0.1 mm，中徑值降低0.3 mm。以此類推，從而有效控制梯形螺紋的實際加工精度。

4 結(jié)束語

梯形螺紋加工分層排刀法在普通車床切削加工中的應(yīng)用，研究首先從理論的角度出發(fā)，通過闡述理論的方式，突出研究的對象，再從G92 指令方面入手，推導(dǎo)出分層排刀法，同時突出普通車床切削加工中的梯形螺紋加工應(yīng)用內(nèi)容，最后提出普通車床切削加工中梯形螺紋的加工設(shè)計，完善研究的同時，提高研究的可實施性，進(jìn)而完成研究。該研究存在一定的不足之處，主要體現(xiàn)在與實際產(chǎn)品工件的聯(lián)系程度相對較低，未來在同類型研究中將重點從實踐產(chǎn)品工件的角度出發(fā)，以增加研究的實踐性和研究價值。