刀具磨損補(bǔ)償法在梯形螺紋加工中的應(yīng)用

范仁杰

（銅陵職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 銅陵 244000）

絲杠螺母加工是典型的梯形螺紋加工，梯形螺紋的螺距大、切入深，粗車(chē)中容易出現(xiàn)扎刀現(xiàn)象，而且，因切削力大、切削熱高、刀具散熱條件差，限制了切削速度，加工效率也不高。因此，梯形螺紋的粗加工是車(chē)削加工中一個(gè)較難的課題[1]。

在零件試加工等過(guò)程中，由于對(duì)刀等誤差的影響，執(zhí)行一次程序加工結(jié)束，不可能一定保證零件就符合圖紙要求，有可能出現(xiàn)超差。如果超差但尚有余量，則可能進(jìn)行修正。此時(shí)，可利用原有的刀具和加工程序的一部分（精加工部分），不需要對(duì)程序作任何修改，而只需在刀具補(bǔ)償中增加設(shè)定一磨損量（等于相應(yīng)的單邊余量）后再補(bǔ)充加工一次，就可將余量切去[2]。這種通過(guò)設(shè)置刀具磨損補(bǔ)償值進(jìn)行數(shù)控加工經(jīng)常在生產(chǎn)中被采用。

車(chē)床加工梯形螺紋，一般有四種進(jìn)刀方法：直進(jìn)法、分層切削法、車(chē)直槽法和車(chē)階梯槽法。但是不論哪一種方法，都要求操作者具有熟練的技術(shù)水平。設(shè)置刀具磨損補(bǔ)償值切削梯形螺紋的進(jìn)刀方法是分層切削法。經(jīng)本人探索，采用設(shè)置X、Z方向刀具磨損補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)加工梯形螺紋，可以簡(jiǎn)化加工程序，特別適用于單件小批量生產(chǎn)。下面以Tr28×5的梯形螺紋加工為例，對(duì)計(jì)算、編程和操作方法進(jìn)行介紹。文中的程序均經(jīng)過(guò)機(jī)床加工驗(yàn)證。

1．準(zhǔn)備階段

相關(guān)計(jì)算：對(duì)于Tr28×5，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)大徑D4=28.5，中徑d2=D2=25.5，小徑d3=22.5，D1=23，大寫(xiě)字母表示螺母直徑，小寫(xiě)表示絲杠直徑，螺距P=5，牙頂寬0.366P=1.83。

生產(chǎn)中，對(duì)于螺紋的牙形高和大小徑會(huì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以達(dá)到配合要求，調(diào)整量雖然沒(méi)有嚴(yán)格的界定，但為了具有牙頂間隙，必須使螺母的大徑和小徑分別大于絲杠的大徑和小徑，保證絲杠螺母副配合時(shí)松緊適度。

絲杠梯形螺紋

牙形高：1.3P=6.5mm，

最大外徑：28mm-0.2mm=27.8mm，

牙底直徑：28 mm -6.5 mm =21.5mm；

φ28處牙頂寬為1.83mm，φ27.8處的齒頂寬為1.88mm

螺母梯形螺紋

牙形高：1.1P=5.5mm，

大徑28mm+0.3mm=28.3mm，

小徑28mm-5.5mm+0.5mm=23mm

φ22.5處牙頂寬為1.83mm，φ23處牙頂寬1.96mm

2．絲杠、螺母加工工藝

2.1 絲杠車(chē)削加工工藝

（1）備料，直徑為32毫米，長(zhǎng)度為184mm的45號(hào)圓鋼；

（2）車(chē)端面，打中心孔；

（3）掉頭，車(chē)端面，定總長(zhǎng)為180mm，打中心孔；

（4）雙頂尖裝夾，粗車(chē)外圓φ28.5；

（5）雙頂尖裝夾，精車(chē)外圓至φ27.8 ；

（6）倒角4×45°；

（7）車(chē)外螺紋Tr28×5；

針對(duì)絲杠加工工藝，說(shuō)明如下：

（1）本工藝針對(duì)較短絲杠，對(duì)于高精度復(fù)雜零件工藝，如臥式車(chē)床母絲杠（不淬硬絲杠），就要涉及到正火、校直、高溫時(shí)效、修研中心孔、磨削等工序。

（2）加工的絲杠的長(zhǎng)度為 180mm，比較短，若絲桿相對(duì)較長(zhǎng)，加工中則需要配置跟刀架，以增強(qiáng)工藝系統(tǒng)剛性。

2.2 螺母車(chē)削加工工藝

（1）備料，直徑為42毫米，長(zhǎng)度為50mm的銅棒；

（2）三爪卡盤(pán)裝夾毛坯；

（3）鉆孔至φ19.8深33mm，倒角5×45°；

（4）切斷銅套，長(zhǎng)度31mm；

（5）車(chē)端面，定總長(zhǎng)為30mm；

（6）粗車(chē)內(nèi)孔至φ22.5（軟爪裝夾）；

（7）精車(chē)內(nèi)孔至φ23（軟爪裝夾）；

（8）倒角3×45°；

（9）車(chē)內(nèi)螺紋Tr28×5；

螺母加工，必須是一次裝夾精車(chē)內(nèi)孔和車(chē)內(nèi)螺紋，否則，內(nèi)孔與螺紋不同軸，加工結(jié)束，絲杠很難配入。

2.3 機(jī)床與工裝夾具

（1）機(jī)床：CK6140

（2）刀具類(lèi)型：45度外圓車(chē)刀一把，外圓精車(chē)刀一把、內(nèi)孔車(chē)刀兩把、切斷刀一把、中心鉆一把、φ19.8鉆頭一把、內(nèi)外螺紋刀具各一把，刃口形狀如圖 1所示，刃長(zhǎng)以大于5mm為宜。

（3）車(chē)床附件：卡盤(pán)與頂尖。

（4）游標(biāo)卡尺一把。

3．絲杠、螺母加工程序

使用的是Siemens 802c系統(tǒng)的數(shù)控車(chē)床，下面是加工絲杠和螺母的程序。

3.1 絲杠加工程序

T1D1 刀具號(hào)、刀補(bǔ)號(hào)

圖1 螺紋刀具刀刃形狀

M3S150 主軸轉(zhuǎn)速150轉(zhuǎn)/分

G0X100

X32Z5 定起點(diǎn)

R100=28 R100（螺紋起始點(diǎn)直徑）

R101=0 R101（縱向軸螺紋起始點(diǎn)）

R102=28 R102（螺紋終點(diǎn)直徑）

R103=-180 R103（縱向軸螺紋終點(diǎn)）

R104=5 R104（螺紋導(dǎo)程）

R105=1 R105（加工類(lèi)型，1外螺紋，2內(nèi)螺紋）

R106=0.2 R106（最后一次走刀切削深度）

R109=4 R109（空刀導(dǎo)入量）

R110=3 R110（空刀導(dǎo)出量）

R111=3.25 R111（螺紋深度）

R112=0 R112（起始點(diǎn)偏移）

R113=5 R113（粗切削次數(shù)）

R114=1 R114（螺紋頭數(shù)）

LCYC97 調(diào)用螺紋切削循環(huán)

G0X80 退刀

Z-50

M2 程序結(jié)束

3.2 螺母加工程序

T2D2

M3S150

G0X0Z20

X22Z5

R100=22.5 R101=0 R102=22.5 R103=-30

R104=5 R105=2 R106=0.2 R109=4

R110=3 R111=2.9 R112=0 R113=6

R114=1

LCYC97

G0X22

Z150

M2

說(shuō)明：R106（最后一次走刀切削深度）在粗車(chē)梯形螺紋時(shí)可以設(shè)置大一點(diǎn)（如：0.2mm），精車(chē)時(shí)可以設(shè)置的小一點(diǎn)（如：0.05mm）；

4．絲杠、螺母的車(chē)削操作過(guò)程

4.1 絲杠車(chē)削過(guò)程

精車(chē)保證外圓直徑φ27.8 ，比公稱(chēng)直徑略小，存有牙頂間隙。材料為45號(hào)鋼，材質(zhì)較硬，在加工過(guò)程中，采用分層切削法，對(duì)于絲杠，牙形高為3.25mm（半徑量），分六次 LCYC97循環(huán)切削，每次切削循環(huán)，切除金屬層厚度分別為1.0、0.6、0.6、0.5m、0.35、0.2mm，為了達(dá)到每次執(zhí)行程序，都能切除所要求的金屬層。根據(jù)牙形高和每次執(zhí)行LCYC97循環(huán)程序的金屬切削厚度，可設(shè)置X軸方向刀具磨損補(bǔ)償值（均為正值，半徑量）分別為：2.25、1.65、1.05、0.55、0.2、0mm，刀具磨損補(bǔ)償值由大逐漸減小，最后減小到零。

加工過(guò)程中，在改變X方向的刀具磨損補(bǔ)償值的同時(shí)，Z軸方向的刀具磨損補(bǔ)償值也需要改變，但是這種變化并不是無(wú)序的。它的規(guī)律為：每設(shè)置好一個(gè) X軸方向的刀具磨損補(bǔ)償值，維持不變，修改 Z軸方向的刀具磨損補(bǔ)償值，將其設(shè)置為零、正值和負(fù)值，并分別執(zhí)行加工程序。

車(chē)削厚度為1.0mm的第一個(gè)金屬切削層，首先設(shè)置X方向的刀具磨損補(bǔ)償值為2.25mm，Z軸方向的刀具磨損補(bǔ)償值為0mm，執(zhí)行一次絲杠加工程序（LCYC97循環(huán)），然后X方向的刀具磨損補(bǔ)償值不變，依次設(shè)置Z軸方向的刀具磨損補(bǔ)償值為 0.4，、-0.4、0.72、-0.72，分別執(zhí)行一次加工程序。測(cè)量牙頂寬為2.28mm，牙側(cè)單邊留0.2mm的精加工余量，第一個(gè)金屬切削層粗加工結(jié)束。下面需要加工的是厚度為0.6mm的第二個(gè)金屬切削層，設(shè)置X方向的刀具磨損補(bǔ)償值為1.65mm，Z軸方向的刀具磨損補(bǔ)償值為0mm，執(zhí)行一次絲杠加工程序（LCYC97循環(huán)），然后X方向的刀具磨損補(bǔ)償值不變，依次設(shè)置 Z軸方向的刀具磨損補(bǔ)償值為 0.3，、-0.3、0.55、-0.55，分別執(zhí)行一次加工程序。依此類(lèi)推，直至X軸方向的刀具磨損補(bǔ)償值到0。在保證牙頂寬為2.28mm情況下，Z軸方向的刀具磨損補(bǔ)償值可以隨加工情況自行決定。

外螺紋粗加工結(jié)束以后，還需要進(jìn)行精加工，因?yàn)檠缹拞芜吜粲?.2mm的余量，可以通過(guò)修改Z軸方向刀具磨損補(bǔ)償?shù)姆謩e切除左右牙側(cè)0.1mm余量，用量具量取牙頂寬，然后計(jì)算，設(shè)置刀補(bǔ)，切削加工，直至牙頂寬為1.88mm為止。實(shí)踐中，牙頂寬有時(shí)不采用計(jì)算值，，而是把牙頂寬加工到1.83mm。

4.2 螺母車(chē)削過(guò)程

螺母上的梯形螺紋與絲杠上的加工方法總體上很相似，在螺母精加工時(shí)，因螺母牙頂寬度不便測(cè)量，可以通過(guò)與絲杠不斷試配、觀(guān)察牙頂寬度和螺紋斷面情況等方法，來(lái)決定是否還需要切削加工，最終應(yīng)保證絲杠螺母配合松緊適度。

絲杠螺母副的刀補(bǔ)數(shù)據(jù)如下表所示：

X軸方向的刀具磨損補(bǔ)償值（單位mm）Z軸方向的刀具磨損補(bǔ)償值（單位mm）2.25 0、0.4,、-0.4、0.72、-0.72 1.65 0、0.3,、-0.3、0.55、-0.55 1.05 0、0.40、-0.40絲杠0.55 0、0.26、-0.26 0.2 0、0.17、-0.17 0 0、0.11、-0.11-1.9 0、0.4,、-0.4、0.72、-0.72-1.3 0、0.3,、-0.3、0.55、-0.55-0.8 0、0.22、-0.22、0.42、-0.42螺母-0.45 0、0.33、-0.33-0.2 0、0.26、-0.26 0 0、0.21、-0.21

5．結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于數(shù)控車(chē)工，加工絲杠、螺母是一項(xiàng)難度較大的工作，本文介紹了一種通過(guò)改變刀具磨損補(bǔ)償值來(lái)加工絲杠螺母副的方法，簡(jiǎn)單易學(xué)，行之有效。

[1] 鄧湘濱，周愛(ài)國(guó). 分層切削法車(chē)削梯形螺紋在數(shù)控車(chē)床中的應(yīng)用[J]. 科園月刊，2011，（5）.

[2] 姜慧芳. 數(shù)控車(chē)削加工技術(shù)[M]. 北京：北京理工大學(xué)出版社，2006.