數(shù)控車床螺紋加工的實用調(diào)節(jié)方法

宋秀峰

摘要：數(shù)控車床車削螺紋時只能一次成形，不能隨意改變轉(zhuǎn)速，針對這個問題，本文提出補(bǔ)償螺紋牙距的方法，使得數(shù)控車床加工螺紋時可以任意改變轉(zhuǎn)速，達(dá)到改善加工質(zhì)量的目的。

Abstract： When turning a thread on a CNC lathe， it can only be formed once， and the speed cannot be changed arbitrarily. For this problem， this paper proposes a method to compensate the thread pitch， so that the CNC lathe can change the rotation speed arbitrarily when machining the thread， so as to improve the processing quality.

關(guān)鍵詞：數(shù)控車削;螺紋;牙距差;補(bǔ)償公式

Key words： CNC turning;thread;tooth gap;compensation formula

中圖分類號：TG519.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）10-0133-03

0 ?引言

現(xiàn)代國家工業(yè)發(fā)展離不開數(shù)控技術(shù)，其也是衡量一個國家工業(yè)生產(chǎn)代現(xiàn)化建設(shè)的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，我國數(shù)控技術(shù)經(jīng)過科研者們堅持不懈的努力已經(jīng)取得了跨越性的進(jìn)步。在機(jī)械設(shè)備整體運(yùn)轉(zhuǎn)中，機(jī)械螺紋類零件始終發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。螺紋實際上是指在圓柱體或圓錐體表面，沿著螺旋紋理，所形成的具備連續(xù)性、規(guī)律性的凸起。螺紋零件在機(jī)械與設(shè)備之間起到連接和傳動作用。隨著現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展機(jī)械螺紋類零件由簡單變的更繁雜，螺紋類型也很多，主要有：單線型、多線型、內(nèi)型、外型、固定螺距型、變螺距型。但通常傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床加工主要是針對機(jī)械螺紋類零件，其中就有對螺紋線的深層加工，而最常采用對刀的加工方式。此外，在加工回轉(zhuǎn)類型的螺紋零件車削加工也是經(jīng)常使用的加工方法。在機(jī)械加工過程中，大部分為回轉(zhuǎn)類型的螺紋零件的加工，作為裝備的數(shù)控機(jī)床具有具體性。在加工中為使刀具充分發(fā)揮作用，采取讓這個工件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動使刀具在直線上不斷移動，來完成整個工件工件的加工的方法。車床加工中螺紋的加工是比較基礎(chǔ)的。

航空產(chǎn)品機(jī)械加工中采用數(shù)控車床加工螺紋的加工方法越來越廣泛，其有加工精度高、產(chǎn)品統(tǒng)一性好、加工范圍廣等優(yōu)勢。用普通的車床來車削螺紋的技術(shù)比較難操控，隨著科技的發(fā)展，采用數(shù)控機(jī)床加工螺紋零件已被廣泛應(yīng)用。數(shù)控機(jī)床車削不但提高了精度合工作效率還降低了對操作者的技術(shù)要求。但是，由于數(shù)控車床取消了絲杠的設(shè)計應(yīng)用，與普通車床相比數(shù)控車床在螺紋加工技術(shù)實際應(yīng)用中卻存在了很多不方便的地方。例如在切削螺紋時，普通車床可以隨意改變轉(zhuǎn)速，機(jī)床則不可以，只能一次成型，否則螺紋將不具備連續(xù)性和規(guī)律性。當(dāng)操控數(shù)控車床加工螺紋時，就算操作者選錯了轉(zhuǎn)數(shù)或操作失誤也不可改變轉(zhuǎn)數(shù)。另外數(shù)控車床不可重修調(diào)當(dāng)螺紋零件卸下來之后。數(shù)控車床螺紋加工的實用調(diào)節(jié)方法，有效改善了數(shù)控車床螺紋加工的局限性。

1 ?數(shù)控車床螺紋加工切削原理分析

1.1 螺紋車削技術(shù)要點(diǎn)

螺紋車削是指螺紋加工過程，具體是指工件旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，車刀沿工件軸線移動一個導(dǎo)程，刀刃的運(yùn)動軌跡就形成了工件的螺紋表面的螺紋加工過程。試圖找出解決數(shù)控車床加工不足的辦法，加工螺紋是由數(shù)控機(jī)床中主軸上的位置編碼器與主軸轉(zhuǎn)速同步來完成加工的。數(shù)控車床在車削螺紋時是在相同的刀具軌跡上從粗切到精切反復(fù)操作的。當(dāng)想改變速度時，需要重新給主軸上的位置編碼器一個輸出的信息，螺紋刀削時到的運(yùn)動軌跡是不發(fā)生變化的，由于重新輸入的信息接入系統(tǒng)時有延遲導(dǎo)致在響應(yīng)時間內(nèi)，主軸的轉(zhuǎn)速不同，刀削的螺紋必然不同，這就是為什么在加工中改變主軸轉(zhuǎn)速螺紋會亂扣的現(xiàn)象。車螺紋大徑時的注意要點(diǎn)為：受車刀擠壓，外螺紋大徑尺寸會脹大，內(nèi)螺紋小徑會縮小。車外螺紋前外圓直徑=公稱直徑D-0.1P（螺距：P）。車塑性金屬的內(nèi)螺紋底孔直徑≈公稱直徑d-P（螺距：P）。車脆性金屬的內(nèi)螺紋底孔直徑≈公稱直徑d-1.05P（螺距：P）。我們通常采用一把刀具進(jìn)行螺紋加工的方法。在使用數(shù)控機(jī)床時，在加工大螺距螺紋時會出現(xiàn)加工后期螺紋尺寸變化大、螺紋精度低的現(xiàn)象，其原因是機(jī)床在加工時刀具磨損過快導(dǎo)致的。那怎么解決這個問題呢？當(dāng)粗車刀片不能使用需要更換時，可以把精車刀片換到粗車刀具上用來暫時替換刀具，再將精車刀具重新?lián)Q新的精刀片，這樣對既可保證加工的精度還可以節(jié)省成本。采用此辦法還需看對刀的精度。

加工螺紋是由數(shù)控機(jī)床中主軸上的位置編碼器與主軸轉(zhuǎn)速同步來完成加工的。一般情況下，數(shù)控車床在車削螺紋時是在相同的刀具軌跡上反復(fù)操作的。在利用數(shù)控車床進(jìn)行機(jī)械螺紋零件加工的時候，編碼器數(shù)控制主軸進(jìn)給驅(qū)動裝置，來對刀具架子操控，最終完成的進(jìn)給任務(wù)。數(shù)控系統(tǒng)可以根據(jù)主軸轉(zhuǎn)動的信號信息進(jìn)行監(jiān)測從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，數(shù)控系統(tǒng)會嚴(yán)格按照要求數(shù)值進(jìn)行操作，讓車床削出與要求一樣的螺紋零件。在主軸轉(zhuǎn)動的時候，編碼器也會一起轉(zhuǎn)動而且發(fā)出與其一樣的脈沖信號。為了減少機(jī)床工作延遲，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)接到信號即同步開始工作。車削加工步驟時車床的主要技術(shù)特性，所以對刀具的材料及結(jié)構(gòu)都有著嚴(yán)格的要求，例如刀具選用YG類型的硬質(zhì)合金可以切削車鑄鐵材料的螺紋，而車鋼件材料則使刀具需使用YT類型的硬質(zhì)合金，材料刀具是數(shù)控機(jī)床的重要刀具，其不但能粗加工也能精加工。數(shù)控機(jī)床車削對機(jī)械螺紋類零件是非常重要的步驟，也是決定零件好壞重要環(huán)節(jié)。在選好合適的加工方法并處理好零件圖紙的數(shù)字信息后，在進(jìn)行機(jī)械螺紋類零件數(shù)控機(jī)床的車削加工，必須符合材料的要求，根據(jù)要求來選擇材料，并根據(jù)圖紙上的信息進(jìn)行控制數(shù)控機(jī)床對機(jī)械螺紋類零件進(jìn)行車削加工。在其加工過程中，要選則正確的刀具了解刀具的角度，控制好刀。為了保障加工的零件的精度，還要明確刀具的選擇很理性及穩(wěn)定的性能，確定規(guī)劃出刀具的使用壽命和刀具的行走路線和步驟，確保刀具的使用時間更長久在合理的范圍內(nèi)。螺紋切削是主軸上的位置編碼器發(fā)出一個輸出的信后，車床在車削螺紋時是在相同的刀具軌跡上從粗切到精切反復(fù)操作的。螺紋刀入系統(tǒng)時會產(chǎn)生響應(yīng)時間主軸的轉(zhuǎn)速不同，刀削的螺紋必然不同，這就是為什么在加工中改變主軸轉(zhuǎn)速螺紋會亂扣的現(xiàn)象。如果不想出現(xiàn)螺紋亂扣現(xiàn)象，軸速度從粗切到精切必須保持恒定。

1.2 螺紋車削常用加工參數(shù)

車螺紋程序編制步驟：確定螺紋刀—確定主軸旋向和刀具走刀方向—確定螺紋大徑—確定走刀次數(shù)和每次進(jìn)刀量—編制程序加工驗證。什么樣的牙距選擇什么樣的齒輪配合，要根據(jù)螺紋大小分幾次加切削量同時進(jìn)到要速度，以防出現(xiàn)撞到卡盤的現(xiàn)象。走刀次數(shù)和每次進(jìn)刀量的常用參數(shù)見表1、表2。

1.3 常見的加工故障

零件在最初期加工螺紋時非常容易出現(xiàn)“亂牙”的現(xiàn)象。數(shù)控機(jī)床通常其給定的輸入指令來實現(xiàn)車削動作，“亂牙”的故障產(chǎn)生主要是因為主軸與進(jìn)給軸的實際轉(zhuǎn)速不一致而導(dǎo)致的。在加工原理上來講。數(shù)控加工需要主軸與Z軸的相互合作來完成刀具的直線進(jìn)給。若想完成加工，不但要保障軸承之間的密切配合也要實現(xiàn)與主軸速度相同?，F(xiàn)在很多數(shù)控車床都采用變頻器來調(diào)節(jié)速度，可是主軸的速度不能與車床的進(jìn)給速度完全同步，使其速度完全相同，所以螺紋切削會存在差異。如出現(xiàn)“亂牙”故障，一般只需重新設(shè)置車削工藝流程。

數(shù)控車床不但會出現(xiàn)“亂牙”故障還可能出現(xiàn)失控狀態(tài)，在某些時候，下達(dá)的車削指令不執(zhí)行。此類故障最有可能是編碼器合主軸驅(qū)動不能完成鏈接造成的。車床在加工螺紋時通過直線進(jìn)給的方式來驅(qū)動軸承旋轉(zhuǎn)的，其還需要Z軸與主軸的完美結(jié)合。然而，仔細(xì)觀察機(jī)床的整個運(yùn)轉(zhuǎn)過程，主軸也會出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，其會出現(xiàn)變速合正常轉(zhuǎn)動的時候。如果驅(qū)動器與編碼器沒有實現(xiàn)密切連接，其就無法顯示正確的數(shù)值，但重新輸入時就可以正常執(zhí)行操作。

2 ?利用原理公式進(jìn)行加工螺紋調(diào)整

數(shù)控車床精工精度高，工作效率快且經(jīng)濟(jì)，所以現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床受到越來越多的企業(yè)的認(rèn)可，其也成為機(jī)械加工中不可缺少的加工方式。在螺紋加工中如果出現(xiàn)故障需要迅速判斷出故障位置，并根據(jù)故障點(diǎn)排除螺紋加工故障點(diǎn)采取相應(yīng)的解決辦法。對于常見幾類螺紋加工故障，應(yīng)當(dāng)依照如下思路予以解決。當(dāng)出現(xiàn)故障時應(yīng)先對車床內(nèi)部主軸的編碼器和床內(nèi)部的驅(qū)動器進(jìn)行排查，機(jī)械性的傳動鏈也是需要首先檢查的。在具體排查問題故障時應(yīng)該按照先查機(jī)械后檢電氣，從簡單到復(fù)雜的順序進(jìn)行檢查，最后判斷出故障發(fā)生原因。

如果知道轉(zhuǎn)數(shù)改變前和改變后的牙距就可以解決“亂扣”現(xiàn)象。設(shè)單位響應(yīng)時間為t，螺距為P，改變前轉(zhuǎn)速為S1，改變后轉(zhuǎn)速為S2，已知t其內(nèi)角轉(zhuǎn)角為R1=S1t/60（轉(zhuǎn)），R2=S2t/60（轉(zhuǎn)），其轉(zhuǎn)角差R=R2-R1，由于螺距P是我們已知的數(shù)值，因此得出公式：牙距差ΔZ=P（S2-S1）t/60。由此式可知，只要知道所加工的螺紋P和t就可以求出牙距差，只要知道牙距差，并對其進(jìn)行補(bǔ)償就可以避免“亂扣”現(xiàn)象。如圖1所示。

通過數(shù)控車CTX510對公式進(jìn)行實際檢驗，首先測試出CTX510的系統(tǒng)響應(yīng)時間t，在實驗工件上車一個螺距6mm、深0.2mm的螺旋線采用G33的循環(huán)螺紋切削方法，再用相同的程序把轉(zhuǎn)數(shù)提高到100r/min后再讓數(shù)控機(jī)械再執(zhí)行。讓其形成亂扣的螺紋線在實驗工件上，用卡尺測出兩條螺旋線之間的間距值ΔZ，此時便可以求出響應(yīng)時間t（帶入此公式ΔZ=P（S2-S1）t/60），把系統(tǒng)響應(yīng)時間t代入公式就求出此機(jī)床的補(bǔ)償牙距差ΔZ。通過反復(fù)測試，轉(zhuǎn)變速度只要符合20～800r/min的轉(zhuǎn)數(shù)范圍內(nèi)，都可以在加工螺紋時對牙距差ΔZ進(jìn)行補(bǔ)償。ΔZ可分為正負(fù)兩種數(shù)值，正值時，Z軸補(bǔ)償向負(fù)向補(bǔ)償;負(fù)值時，Z軸補(bǔ)償向正向補(bǔ)償。特別要注意的是，數(shù)控機(jī)床的是由不同廠家生產(chǎn)的，且每個機(jī)床本身不同，其響應(yīng)時間也是不同的，要想任意改變轉(zhuǎn)速來加工螺紋原件必須采用上述方法來測試每臺機(jī)械的單位響應(yīng)時間t。

編程操作也會影響螺紋加工讓其出現(xiàn)偏差，產(chǎn)生誤差的原因主要體現(xiàn)在安裝車刀上。如果編程人員在編程時出現(xiàn)錯誤，并對其進(jìn)行錯誤操作是會影響加工螺紋的后期參數(shù)值，數(shù)控機(jī)床控制器會根據(jù)錯誤的參數(shù)值發(fā)出錯誤的指令。假如在安裝車刀時候沒有按標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)安裝，就會出現(xiàn)誤差，則會導(dǎo)致零件軸線與車刀中心線出現(xiàn)錯位而不能使其保持垂直。為了避免出現(xiàn)較大誤差，安裝人員在安裝刀具時一定要保證零件與刀具處在同樣的中心線上，保證垂直度符合位置安裝指標(biāo)。提高綜合編程水平可從根源上避免故障的發(fā)生。作為編程操作人員，要嚴(yán)格遵守編程的操作流程，并努力提升自身的綜合工藝水平，這樣才能在最大限度內(nèi)杜絕編程誤差以及螺紋加工故障。

3 ?結(jié)語

使用數(shù)控機(jī)床加工螺紋時想變化其主軸轉(zhuǎn)速且范圍大，這時可采用螺紋牙距補(bǔ)償公式Δz=p（s2-s1）t/60可以任意改變轉(zhuǎn)速和切削參數(shù)，也可以隨時修調(diào)螺紋，這樣就可以修調(diào)切削了大大的提高了加工的質(zhì)量。此外，還解決了螺紋加工件重新上機(jī)床的返修的加工難題，采用在工件重上機(jī)床后，先使用幾十轉(zhuǎn)低速再高速先校正螺紋刀進(jìn)行進(jìn)行螺紋切削的方法。這樣就有了普通機(jī)床加工螺紋的優(yōu)勢。也是在數(shù)控車床加工螺紋時使用的一種簡單實用的方法。

機(jī)械制造的核心部分是數(shù)控加工，其也包含著很多工藝要點(diǎn)。企業(yè)們經(jīng)常采用用數(shù)控加工進(jìn)行切削等操作在機(jī)械制造領(lǐng)域，目前就現(xiàn)狀來說，采用數(shù)控機(jī)床加工螺紋零件時，經(jīng)常會出現(xiàn)零件出現(xiàn)質(zhì)量問題。所以經(jīng)常容易出現(xiàn)的故障操作人員要了解并注意，如果出現(xiàn)故障可以立馬找到根源排除故障。

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