數控機床螺紋加工工藝分析

李雅昔

（ 商洛職業(yè)技術學院 機電工程學院，陜西 商洛 726000 ）

0 引言

螺紋具有連接、緊固及調節(jié)功能，也可用以傳遞動力，廣泛應用于各種機械結構。在螺紋加工方法中，車削加工仍占據著較大比例。與普通車床相比，使用數控車床加工螺紋，其加工精度、生產效率更高，本文以車削加工高質量螺紋為例，探討工藝實施中應注意的問題。

1 計算方法

使用數控車床加工普通螺紋需確定的相關尺寸有：加工外螺紋前的光桿尺寸、加工內螺紋前的底孔尺寸等[1]。其計算方法如下：

1）加工外螺紋前的光桿直徑

車削外螺紋時，若工件為塑性材質，車削過程中受車刀的擠壓，致使螺紋直徑尺寸脹大。因此，光桿直徑應略小于螺紋公稱直徑，通常?。汗鈼U直徑=螺紋公稱直徑-（0.1~0.13）P，其中P為螺紋螺距。

2）加工內螺紋前的底孔直徑

車削內螺紋時，同樣由于底孔在車削過程中受到車刀的擠壓，致使底孔直徑縮小，因此，底孔直徑應略大于螺紋內徑，通常?。?/p>

塑性材料：底孔直徑=公稱直徑-P

脆性材料：底孔直徑=公稱直徑-（1.05~ 1.1）P

3）螺紋切削起始位置

為避免出現螺紋“亂扣”現象[2]，在同一螺紋的切削過程中，螺紋切削起點Z坐標應設為固定值，同時Z坐標的設定還應考慮引入距離。螺紋切削起點X坐標應大于螺紋公稱直徑。

單線螺紋：螺紋切削一般為分層切削，為確保刀具每次分層切削時能切削到同一條螺紋上，需保證每次螺紋切削起點的Z坐標為同一坐標值。

多線螺紋：FANUC系統(tǒng)一般采用軸向分線法，通過改變螺紋切削起點的Z坐標來實現。在加工第二條螺紋時，需將第一條螺紋切削起點的Z坐標向右偏移一個螺距，在加工第三條螺紋時，需將第二條螺紋切削起點的Z坐標向右偏移一個螺距，以此類推。

華中系統(tǒng)則采用圓周分度分線法，即保持各條螺紋切削起點的Z坐標不變，改變螺紋切削起點在圓周的位置。雙線螺紋圓周方向每隔180 °加工一條螺紋線，三線螺紋圓周方向每隔120 °加工一條螺紋線，以此類推。

4）螺紋切削最終進刀位置

螺紋刀在X方向的最終進刀位置取決于螺紋內徑，通常通過螺紋內徑=螺紋外徑-1.3P來計算，也可通過螺紋分刀表來確定。

5）引入引出距離

由于伺服系統(tǒng)具有滯后性，在加工螺紋時，螺紋切削起始位置會出現“超前”現象，而螺紋切削終了位置則出現“滯后”現象[3]，導致螺紋兩端的螺距與加工要求不符。因此，在螺紋切削起始位置應考慮刀具的引入距離δ1，在螺紋切削終了位置應考慮刀具的引出距離δ2。通常，取δ1=1.5P，δ2=P，也可按經驗值：δ1為2 mm~5 mm，δ2為δ1的一半。具有退刀槽結構的螺紋，δ2一般可取退刀槽寬度的一半。

2 主軸轉速

進行螺紋切削時，切削力較大，轉速不易過高，大多經濟數控車床車削螺紋的主軸轉速依據n<1 200/P-K來確定[4]，其中：K為保險系數，一般取80。同時，為保證螺距精度，需保證主軸轉速恒定，故不可采用G96恒線速度指令。

3 刀具安裝

螺紋刀的刀尖應與車床主軸軸線等高。若螺紋刀安裝過高，切削到一定深度時，刀具的后刀面頂住工件，摩擦力增大，可造成工件彎曲，甚至出現“扎刀”現象；若螺紋刀安裝過低，則不利于切屑的排出。

螺紋刀刀尖角的對稱中心線應與工件軸線垂直，確保螺紋牙型正確。安裝時，可借助對刀樣板進行校正。

螺紋刀刀頭伸出長度不宜過長，一般為刀桿厚度的1.5倍左右，若刀頭伸出長度過長，加工過程中因刀桿的顫動或可導致螺紋表面粗糙度較差。

4 進刀方式

螺紋切削的進刀方式如圖1所示，分別為：直進法、斜進法和左右切削法[5]。以華中世紀星HNC-21T數控車削系統(tǒng)為例，提供的螺紋加工指令主要有G32、G82和G76。

圖1 螺紋切削的進刀方式

1）直進法

螺紋刀沿X軸方向（橫向）間歇進給至牙深處。在切削過程中，由于螺紋刀的兩個切削刃始終參與切削，導致切削力較大，排屑困難，散熱條件差，車刀易磨損。當進刀量過大時，還可產生“扎刀”現象，甚至折斷刀具。因此，僅在刀具材料質量較好且螺距較?。≒≤3）的情況下，采用直進法（G32或G82指令）進行加工。

2）斜進法

螺紋刀沿牙型角方向斜向間歇進給至牙深處。此時，螺紋刀始終只有一個側刃參與切削，排屑較為順利，但刀具受力不均，導致主軸轉速無法提高，工件易產生顫動，尤其在進行最后一次切削時吃刀量大，易產生毛刺。因此，斜進法適用于加工螺紋精度較低的工件，若加工的螺紋精度要求較高，在確保粗精車螺紋切削起始位置一致的條件下，可用G76先行粗車，再用G32或G82完成精車，若粗精車螺紋切削起始位置不同，易產生“亂扣”現象。

3）左右切削法

螺紋分層切削過程中，當每層螺紋切削行程終了，下一層螺紋切削的螺紋刀不但要在X軸方向進給，還要沿Z軸方向的左右兩側微量“借刀”，這種進刀方式可提高牙型兩側的表面質量，由于數值計算量較大，常借助宏程序完成。

5 結語

螺紋加工時，只有通過正確的尺寸計算、刀具安裝以及合理選取引入引出距離、確定適宜的主軸轉速，根據工件材質、螺紋螺距與螺紋的精度要求等因素選擇進刀方式，才能確保螺紋的加工質量。