淺析在數(shù)控車床加工多線螺紋

王永俊

摘 要：數(shù)控車床主要用來加工軸類或盤類的回轉零件，利用經(jīng)濟型數(shù)控機床加工多線螺紋，是螺紋加工的難點。實習中大多數(shù)同學對螺紋加工感到棘手，我通過學習實踐，總結出多線螺紋的加工要點和操作要領，為自己在數(shù)控操作提供理論依據(jù)。

關鍵詞：數(shù)控車床；多線螺紋；誤差分析

在現(xiàn)代工業(yè)生產中，利用數(shù)控車床加工螺紋，能大大提高生產效率、保證螺紋加工精度，減輕操作工人的勞動強度。但在職高及技校的數(shù)控車床實習培訓中普遍存在如下現(xiàn)象：絕大多數(shù)學生對螺紋加工感到棘手，特別是加工多線螺紋，更加無所適從。下面通過螺紋零件的實際加工分析，闡述多線螺紋的加工步驟和方法。

一、螺紋的基本特性

在機械制造中，螺紋聯(lián)接被廣泛應用，例如數(shù)控車床的主軸與卡盤的聯(lián)結，方刀架上螺釘對刀具的堅固，絲杠螺母的傳動等。它是在圓柱或圓錐表面上沿著螺旋線所形成的具有規(guī)定牙型的連續(xù)凸起和溝槽，有外螺紋和內螺紋兩種。按照螺紋剖面形狀的不同，主要有三角螺紋、梯形螺紋、鋸齒螺紋和矩形螺紋四種。按照螺紋的螺旋線數(shù)不同，又可分為單線螺紋和多線螺紋。在各種機械中，螺紋零件的作用主要有以下幾點：一是用于連接、緊固；二是用于傳遞動力，改變運動形式。三角螺紋常用于連接、堅固；梯形螺紋和矩形螺紋常用于傳遞動力，改變運動形式。由于用途不同，它們的技術要求和加工方法也不一樣。

二、加工方法

螺紋的加工，隨著科學技術的發(fā)展，除采用普通機床加工外，常采用數(shù)控機床加工。這樣既能減輕加工螺紋的加工難度又能提高工作效率，并且能保證螺紋加工質量。數(shù)控機床加工螺紋常用G32、G92和G76三條指令。

其中指令G32用于加工單行程螺紋，編程任務重，程序復雜；而采用單一循環(huán)指令G92，可以實現(xiàn)簡單螺紋切削循環(huán)，使程序編輯大為簡化，但G92的進刀方式為直進法，所以加工的螺距只能是較小的。而復合指令G76，克服了指令G92的缺點，采用的是斜進法方式進刀，減輕刀具的受力情況，且程序簡捷，可節(jié)省編程時間。

在普通車床上進行多線螺紋車削一直是一個加工難點：當?shù)谝粭l螺旋線車成之后，需要手動進給小刀架并用百分表校正，使刀尖沿軸向精確移動一個螺距再加工第二條螺紋；或者打開掛輪箱，調整齒輪嚙合相位，再依次加工其余各頭螺紋。受普通車床絲杠螺距誤差、掛輪箱傳動誤差、小拖板移動誤差等多方面的影響，多線螺紋的導程和螺距難以達到很高的精度。而且，在整個加工過程中，不可避免地存在刀具磨損甚至打刀等問題，一旦換刀，新刀必須精確定位在未完成的那條螺紋線上。這一切都要求操作者具備豐富的經(jīng)驗和高超的技能。然而，在批量生產中，單靠操作者的個人經(jīng)驗和技能是不能保證生產效率和產品質量的。在制造業(yè)現(xiàn)代化的今天，高精度數(shù)控機床和高性能數(shù)控系統(tǒng)的應用使許多普通機床和傳統(tǒng)工藝難以控制的精度變得容易實現(xiàn)，而且生產效率和產品質量也得到了很大程度的保證。

三、實例分析

現(xiàn)以FANUC0I系統(tǒng)的CKA6150車床，加工螺紋M30×3/2-5g6g為例，說明多線螺紋的數(shù)控加工過程：

工件要求：螺紋長度為20mm，兩端倒角為2×45°、牙表面粗糙度為Ra3.2的螺紋，采用的材料是為45#圓鋼坯料。

1.準備工作

通過對加工零件的分析，利用車工手冊查找M30×3/2-5g6g的各項基本參數(shù)：該工件是導程為3mm，且螺距為1.5（該參數(shù)是查表的重要依據(jù)）的雙線螺紋；大徑為30，公差帶為6g，查得其尺寸上偏差為-0.032、下偏差為-0.268、公差有0.236，公差要求較松；中徑為29.026，公差帶為5 g，查得其尺寸上偏差為-0.032、下偏差為-0.150，公差為0.118，公差要求較緊；小徑按照大徑減去車削深度確定。螺紋的總背吃刀量ap與螺距的關系近經(jīng)驗公式：ap≈0.65P， 每次的背吃刀量按照初精加工及材料來確定。大徑是車削螺紋毛坯外圓的編程依據(jù)，一般情況下都是以d實=D-0.1P來計算，（D為公稱直徑），在實際生產中，避免了復雜的計算，通常實際大徑都取小于0.2mm， 中徑是螺紋尺寸檢測的標準和調試螺紋程序的依據(jù)，小徑是編制螺紋加工程序的依據(jù)，所以小徑的尺寸計算必須準確，小徑的計算公式為：d1=D-1.3P。兩邊留有一定尺寸的車刀退刀槽。

2、正確選擇加工刀具

螺紋車刀的種類、材質較多，選擇時要根據(jù)被加工材料的種類合理選用，材料的牌號要根據(jù)不同的加工階段來確定。對于45#圓鋼材質，宜選用YT15硬質合金車刀，該刀具材料既適合于粗加工也適合于精加工，通用性較強，對數(shù)控車床加工螺紋而言是比較適合的。另外，還需要考慮螺紋的形狀誤差與磨制的螺紋車刀的角度、對稱度。車削45號鋼螺紋，刃傾角為10°，主后角為6°，副后角為4°，刀尖角為59°16，左右刃為直線，而刀尖圓弧半徑則由公式R=0.144P確定（其中P為螺距），刀尖圓角半徑很小在磨制時要特別細心。

四、多線螺紋加工方法及程序設計

多線螺紋的編程方法和單線螺紋相似，采用改變切削螺紋初始位置或初始角來實現(xiàn)。假定毛坯已經(jīng)按要求加工，螺紋車刀為T0303，采用如下方法來進行編程加工。

1.用G92指令來加工圓柱型多線螺紋

G92指令是簡單螺紋切削循環(huán)指令，我們可以利用先加工一個單線螺紋，然后根據(jù)程序格式中的C和P的設定，來實現(xiàn)多線螺紋的加工。

具體的程序格式為：G92 X Z C P F ；其中X為螺紋小徑，Z為螺紋終點坐標，C為線數(shù)，P為每條螺旋線對應的起始角度（360°/C）F為多線螺紋的導程。

假設外圓尺寸和退刀槽已加工完畢，程序編輯如下。（工件原點設在右端面中心）

2.多線螺紋加工的控制因素

在運用程序加工多線螺紋中，要特別注意對以下問題的控制：

（1）主軸轉速的確定

由于數(shù)控車床加工螺紋是依靠主軸編碼器工作的，主軸編碼器對不同導程的螺紋在加工時的主軸轉速有一個極限識別要求，因此要用經(jīng)驗公式S= 1200/P-80來確定（式中P為螺紋的導程），當實際的切削速度超過了數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)內設定的最大切削速度時，系統(tǒng)則不能正常分線，螺紋牙型容易亂扣。

（2）表面粗糙度要求

螺紋加工的最后一刀基本采用重復切削的辦法，例如程序中的X27.4指令運行了兩遍，這樣可以獲得更光滑的牙型表面，達到Ra3.2要求。

（3）余量加工過程控制

對試件切削運行程序之前除正常要求對刀外，在FANUC數(shù)控系統(tǒng)中要設定刀具磨損值在0.3～0.6之間，第一次加工完后用螺紋千分尺進行精密測量并記錄數(shù)據(jù)，將磨損值減少0.2，進行第二次自動加工，并將測量數(shù)據(jù)記錄，以后將磨損補償值的遞減幅度減少并觀察它的減幅與中徑 的減幅的關系，重復進行，直至將中徑尺寸調試到公差帶的中心為止。在以后的批量加工中，尺寸的變化可以用螺紋環(huán)規(guī)抽檢，并通過更改程序中的X數(shù)據(jù)，也可以通過調整刀具磨損值進行補償。

五、加工誤差分析及使用

1、G92直進式切削方法，由于兩側刃同時工作，切削力較大，而且排屑困難，因此在切削時，兩切削刃容易磨損。在切削螺距較大的螺紋時，由于切削深度較大，刀刃磨損較快，從而造成螺紋中徑產生誤差；但是其加工的牙型精度較高，因此一般多用于小螺距螺紋加工。由于其刀具移動切削均靠編程來完成，所以加工程序較長；由于刀刃容易磨損，因此加工中要做到勤測量。

2、G76斜進式切削方法，由于為單側刃加工，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，而造成牙型精度較差。但由于其為單側刃工作，刀具負載較小，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。

五、結束語

在加工合格且精度要求較高螺紋時，要在生產實踐中不斷總結經(jīng)驗，避免出現(xiàn)故障。特別在應用數(shù)控車床加工精度要求較高的螺紋時，可采用兩刀加工完成，即先用G76加工方法進行粗車，然后用G92加工方法進行精車，可以達到比較好的效果。但要注意刀具起始點要準確，不然容易出現(xiàn)亂扣，造成零件報廢。

參考文獻：

[1]數(shù)控車工（技師高級技師），勞動社會保障出版社.

[2]數(shù)控車削編程與操作技術，謝曉紅.電子出版社.

[3]數(shù)控車削編程與操作訓練，高楓.高等教育出版社.