基于數(shù)控車床剃削螺紋半牙的拓展與應(yīng)用

德州聯(lián)合石油機(jī)械有限公司 （山東 253034） 侯祖剛 王立源

在2012年第20期《金屬加工（冷加工）》期刊上，刊登了黃明剛老師的《在普通數(shù)控車床上剃削螺紋半牙》一文，深受讀者喜愛，一些工廠和學(xué)校紛紛效仿，用以解決困擾多年的螺紋毛邊問題。筆者長期從事數(shù)控機(jī)床編程與操作，實(shí)踐中積累了不少經(jīng)驗(yàn)。在黃明剛老師的基礎(chǔ)上，以機(jī)械加工中應(yīng)用最廣的三角螺紋和FANUC數(shù)控系統(tǒng)為例，對剃削螺紋半牙程序做了一些拓展與優(yōu)化。

1. 綜合分析

眾所周知，數(shù)控車床在螺紋切削中有著不可替代的優(yōu)勢，加工效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低，尺寸一致性好，美中不足的是在螺紋入口和出口處留有一些飛邊和毛刺，影響裝配精度和操作安全。一些要求較高的螺紋部件，在技術(shù)文件中明確規(guī)定切除不完整螺紋。小螺距的工件可以用銼刀和油石手工解決，大螺距的只能轉(zhuǎn)到鏜床或數(shù)控銑床加工，無形中增加了制造成本。轉(zhuǎn)運(yùn)途中還容易出現(xiàn)磕碰現(xiàn)象，造成螺牙損傷。切除螺紋半牙一直是數(shù)控車削的難題，編程高手們想了很多辦法，都不能做到完美無缺。

黃老師在普通數(shù)控車床上剃削螺紋半牙的方法很實(shí)用，也很高效，為提高螺紋表面質(zhì)量走出了一條新路。不足之處在于實(shí)例中引用的方牙螺紋是非標(biāo)準(zhǔn)螺紋，其牙頂寬度和牙底寬度都等于螺距的一半，此種類型的螺紋在機(jī)械行業(yè)中很少遇到，加工方法和程序模式存在一定的局限性，不能夠做到大范圍的普及應(yīng)用。這主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）在數(shù)控車床上加工完螺紋后，緊接著用該螺紋車刀剃削螺紋半牙，此方法僅限于方牙螺紋，若是常用的三角螺紋或梯形螺紋，需要另安裝一把平行于牙頂?shù)膶捜械毒?，考慮到切除螺紋半牙一般不超過1/2圈，選擇略寬于1/2螺距的數(shù)控切刀最為合適。

（2）剃削螺紋半牙就是切除扣頭和扣尾的一段不完整螺紋，此時(shí)，剃扣刀的起點(diǎn)坐標(biāo)與螺紋刀的起點(diǎn)坐標(biāo)在軸向距離上正好相差半個(gè)螺距，黃老師采用螺紋起始角度相差180°的編程方法，刀具只能朝一個(gè)方向偏移，雖然可以不改變螺紋起點(diǎn)和螺紋終點(diǎn)的軸向位置尺寸，避免出現(xiàn)撞刀事故。但是，方牙螺紋只是一個(gè)特例，當(dāng)用同一把刀具切除三角螺紋的兩端半牙時(shí)，很可能刮傷完整螺紋的側(cè)面。程序拓展后，通過刀補(bǔ)值的切換來實(shí)現(xiàn)剃扣刀沿牙底螺旋線的左右偏置，靈活方便，具有很好的通用性。

（3）原剃削螺紋半牙程序段：

G0 X320 Z20;

G32X299 Z-1.4 F8 Q18000;

G32 X310 F20；

前面的G32是一段引導(dǎo)螺紋，負(fù)責(zé)沿螺旋線切除1/6圈螺紋半牙，后面的G32是一段沿X+軸方向的徑向螺紋，用于在規(guī)定的收尾圈數(shù)內(nèi)切除螺紋牙深，程序的不妥之處在于后面的G32沒有沿軸向螺旋線連續(xù)切削。螺距由F8改變?yōu)镕20，人為的增加了計(jì)算難度。工件旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺紋牙頂?shù)妮S向位置隨螺旋線移動(dòng)變化，如果這種程式移植到三角螺紋中，同樣使用 4mm寬的切刀，剃削扣頭、扣尾時(shí)，在剃扣刀的徑向切削軌跡與工件螺旋線的交叉處，會(huì)出現(xiàn)螺紋牙頂?shù)臍埲辈蝗?，有興趣的讀者可以試驗(yàn)一下。拓展后的刀具路徑采用沿螺旋線連續(xù)切削的方法，既切除了不完整螺紋半牙，又削平了倒角處的牙頂尖棱，一舉兩得。

M120X6外螺紋

2. 程序優(yōu)化

數(shù)控車床剃除螺紋半牙的方法并不復(fù)雜，利用連續(xù)螺紋切削功能就可以做到，F(xiàn)ANUC 0i數(shù)控系統(tǒng)在這方面做得很到位，當(dāng)前面的程序段是螺紋插補(bǔ)，當(dāng)前程序段也是螺紋插補(bǔ)時(shí)，系統(tǒng)無需等待主軸編碼器檢測一轉(zhuǎn)的信號(hào)即可立即執(zhí)行當(dāng)前程序段的螺紋切削，即使在螺紋插補(bǔ)過程中改變切削深度和進(jìn)給方向，也可以正確加工而不損壞螺紋，達(dá)到光滑流暢的過渡效果。

如附圖所示，剃除兩端的1/2圈螺紋半牙。設(shè)置工件右端面與軸線交點(diǎn)為程序原點(diǎn)，在螺紋外圓上選擇統(tǒng)一的對刀參考點(diǎn)。挑扣刀（T01）選用山特維克成型螺紋車刀，以刀尖中心為基準(zhǔn)對齊參考點(diǎn)，生成1# 刀補(bǔ)；剃扣刀（T03）選用4mm寬大后角切刀，以左側(cè)刀尖為基準(zhǔn)對齊參考點(diǎn)，生成3#刀補(bǔ)；以右側(cè)刀尖為基準(zhǔn)對齊參考點(diǎn)，生成4#刀補(bǔ)；挑扣與剃削螺紋半牙一氣呵成，加工程序如下：

車削螺紋：

S200 M03；

T0101； （換1號(hào)挑扣刀）

G0 X140 Z14； （定位至螺紋循環(huán)起點(diǎn)）

G92 X119 Z-95 F6； （車削螺紋）

X118.5；

X118；

…… ；

X112； （進(jìn)刀至小徑尺寸，完成螺紋車削）

G0 X300 Z300；

剃削扣頭螺紋半牙：

T0303；（換3號(hào)剃扣刀，執(zhí)行3#刀補(bǔ)，以切刀左側(cè)刀尖為基準(zhǔn)）

#24=119； （設(shè)定X軸坐標(biāo)值變量）

N10 G0 X#24 Z14；（螺紋起點(diǎn)的軸向位置不變）

G32 Z-3.0 F6；（切除1/2圈不完整螺紋半牙

G32 U20 W-10 F6；（沿螺旋線45°斜向退刀，削平倒角處的牙頂尖棱）

G0 Z14；（快速返回螺紋起點(diǎn)）

#24=#24-0.5；（X軸變量值遞減0.5）

IF[#24 GE 112] GOTO 10；（X軸變量值若≥螺紋小徑112，繼續(xù)加工）

G0 X200 Z200；

剃削扣尾螺紋半牙：

T0304；（執(zhí)行4#刀補(bǔ)，以切刀右側(cè)刀尖為基準(zhǔn)）

#24=130；（設(shè)定X軸坐標(biāo)值變量）

N20 G0 X#24 Z-82；（螺紋起點(diǎn)的軸向位置前移16個(gè)整倍螺距）

G32 U-10 Z-87 F6；（沿螺旋線45°斜向進(jìn)刀, 削平倒角處的牙頂尖棱）

G32 Z-90 F6；（切除1/2圈螺紋半牙）

G0 X140；（X軸快速回退）

Z-82；（返回螺紋起點(diǎn)）

#24=#24-0.5；（X軸變量值遞減0.5）

IF[#24 GE 122] GOTO 20；（X軸坐標(biāo)值若≥122，繼續(xù)加工）

G0 X300 Z300；

M5；

M30；

3. 注意事項(xiàng)

運(yùn)用G32連續(xù)切削功能剃削螺紋半牙，編程和操作一定要小心謹(jǐn)慎。遇到不同的牙型和螺距時(shí)，要根據(jù)螺紋牙根寬度選擇合適的切刀，必須注意的是：剃削扣尾的螺紋半牙時(shí)，編程路線從螺紋大徑向螺紋小徑切削，所用切刀應(yīng)磨有較大的主后角，避免與螺紋外圓發(fā)生干涉。G32 Z-90 F6這一步非常重要，計(jì)算螺紋終點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)要考慮切刀的寬度，兩者相加不得超出退刀槽的范圍。

程序試切加工中，要密切觀察機(jī)床動(dòng)作和刀具切削軌跡，沿螺旋線45°斜向進(jìn)刀、退刀只是參考值，如果剃削后的螺紋半牙圈數(shù)不合格，或者倒角處仍留有尖角毛刺，可適當(dāng)調(diào)整直螺紋的終點(diǎn)位置和錐螺紋的斜向角度。螺紋半牙剔除1/3圈，還是1/2圈要根據(jù)技術(shù)要求和螺紋外圓兩端的倒角尺寸而定。操作者可按照實(shí)際情況壓縮程序中的空刀路徑，盡量減少走刀次數(shù)，首件合格后，方可批量加工。

4. 結(jié)語

經(jīng)批量加工和實(shí)踐驗(yàn)證，拓展后的剃削螺紋半牙方法，成功解決了三角螺紋的飛邊毛刺問題，兩端倒角處的牙頂沿螺旋線削平過渡。