數(shù)控車床螺紋加工編程工藝分析

陳正林

摘 要：這里分析了軸類零件中螺紋加工工藝方案的制訂，采用日本OSP OKUMA-L270系統(tǒng)的數(shù)控車床運(yùn)用不同指令進(jìn)行螺紋加工的誤差分析。

關(guān)鍵詞：螺紋；工藝；誤差分析

常用螺紋的牙型有三角形、梯形、矩形等。螺紋的加工方法多種多樣，大規(guī)模生產(chǎn)直徑較小的三角螺紋，常采用滾絲、搓絲或軋絲的方法，對(duì)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，軸類零件越來(lái)越多的采用數(shù)控車床加工。這里以日本OSP OKUMA-L270系統(tǒng)為例，介紹在數(shù)控車床上加工螺紋時(shí)，其工藝方案的制訂及數(shù)控加工程序的不同所造成的誤差分析。

1 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。

1.1 走刀路線的確定

在數(shù)控車床上車螺紋時(shí)，沿螺距方向的，向進(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(guò)渡過(guò)程，因此沿軸向進(jìn)給的加工路線長(zhǎng)度，除保證螺紋長(zhǎng)度外，還應(yīng)增加刀具引入距離δ1和超越距離δ2（見(jiàn)圖1），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(méi)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。

1.2 螺紋車刀的選用

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）車刀的刀尖角一定要等于螺紋的牙型角；

2）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；

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

4）車刀兩側(cè)刃的直線性要好。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。

1.3 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，直進(jìn)式車螺紋容易保證牙型的正確性，但車削時(shí)，車刀刀尖和兩側(cè)切削刃同時(shí)進(jìn)行切削，切削力較大，容易產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象，因此只適用于車削較小螺距的螺紋。用斜進(jìn)法車削螺紋，刀具是單側(cè)刃加工，排屑順利，不易扎刀。當(dāng)螺距P<3mm時(shí)，一般采用直進(jìn)法；螺距P≧3mm時(shí)，一般采用斜進(jìn)法。

1.4 切削用量的選擇

1.4.1 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。

1.4.2 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 普通螺紋走刀次數(shù)和背吃刀量的參考表

2 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)于日本-OSP OKUMA-L270的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，有三種指令可用于等螺距直螺紋、錐螺紋的車削。加工圖1所示零件M30X2的普通外螺紋，主軸轉(zhuǎn)速n1200/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)定升速段δ1取值5mm，降速段δ2取值2mm。

2.1 采用G32指令進(jìn)行車螺紋

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；

G34 Z-42.F2.0；（第一次車螺紋，背吃刀量為0.9mm）

G00 X32；

Z5；

X28.5；

G34 Z-42.F2.0；（第二次車螺紋，背吃刀量為0.6mm）

G00 X32；

Z5；

X27.9；

G34 Z-42.F2.0；（第三次車螺紋，背吃刀量為0.6mm）

G00 X32；

Z5；

X27.5；

G34 Z-42.F2.0；（第四次車螺紋，背吃刀量為0.4mm）

G00 X32；

Z5；

X27.4；

G34 Z-42.F2.0；（最后一次車螺紋，背吃刀量為0.1mm）

G00 X32；

X100 Z100；

M05；

M30；

2.2 采用G33指令進(jìn)行車螺紋

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)）

G33 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；

2.3 采用G71指令進(jìn)行車螺紋

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)）

G71 X27.4 Z-42 B60 D0.9 U0.1 H2.6 F2.0；（螺紋角度為60度，第一次車削深度為0.9mm，最后一刀為：0.1mm，螺紋高度為：螺距╳1.3mm，螺距為2mm）

G00 X100 Z100；（刀具回?fù)Q刀點(diǎn)）

M05；

M30；

通過(guò)對(duì)同一螺紋三種不同的編程方法進(jìn)行分析，可以知道采用G34編程，程序段長(zhǎng)，一般很少采用此種方法；采用G33編程，條理很清晰并且走刀路線直觀，程序段也不是太長(zhǎng)；采用G71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，G33編程和G71編程的區(qū)別，主要看工件要求的精度來(lái)確定。

3 加工誤差分析及使用

3.1 G33直進(jìn)式切削方法

由于兩側(cè)刃同時(shí)工作，切削力較大，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螺紋加工。由于其刀具移動(dòng)切削均靠編程來(lái)完成，所以加工程序較長(zhǎng)；由于刀刃容易磨損，因此加工中要做到勤測(cè)量。

3.2 G71斜進(jìn)式切削方法

由于為單側(cè)刃加工，加工刀刃容易損傷和磨損，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螺紋加工。由于此加工方法排屑容易，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。

4 結(jié)束語(yǔ)

在加工合格且精度要求較高螺紋時(shí)，要在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，避免出現(xiàn)故障。特別在應(yīng)用數(shù)控車床加工精度要求較高的螺紋時(shí)，可采用兩刀加工完成，即先用G71加工方法進(jìn)行粗車，然后用G33加工方法進(jìn)行精車，可以達(dá)到比較好的效果。但要注意刀具起始點(diǎn)要準(zhǔn)確，不然容易出現(xiàn)亂扣，造成零件報(bào)廢。

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