數控車床加工多頭螺紋過程淺析

摘要：數控車床主要用來加工軸類或盤類的回轉零件，利用經濟型數控機床加工多頭螺紋，是螺紋加工的難點。本文筆者通過多年的教學實踐，總結多頭螺紋的加工要點和操作要領，為職業院校的數控加工實習提供理論依據。

關鍵詞：數控車床 多頭螺紋 加工操作要領

在現代工業生產中，利用數控車床加工螺紋，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。下面通過螺紋零件的實際加工分析，闡述多頭螺紋的加工步驟和方法。

1 螺紋的基本特性

在機械制造中，螺紋聯接被廣泛應用，它是在圓柱或圓錐表面上沿著螺旋線所形成的具有規定牙型的連續凸起和溝槽，有外螺紋和內螺紋兩種。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。

2 加工方法

螺紋的加工，隨著科學技術的發展，除采用普通機床加工外，常采用數控機床加工。數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；而采用指令G92，可以實現簡單螺紋切削循環，使程序編輯大為簡化，但要求工件坯料事先必須經過粗加工。指令G76，克服了指令G92的缺點，可以將工件從坯料到成品螺紋一次性加工完成，且程序簡捷，可節省編程時間。在普通車床上進行多頭螺紋車削一直是一個加工難點：當第一條螺紋車成之后，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，多頭螺紋的導程和螺距難以達到很高的精度。

3 實例分析

現以FANUC系統的GSK980T車床，加工螺紋M30×3/2-5g6g為例，說明多頭螺紋的數控加工過程：

工件要求：螺紋長度為25mm，兩頭倒角為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。

3.1 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：該工件是導程為3mm紋且螺距為1.5（該參數是查表的重要依據）的雙線螺；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5g，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。大徑是車削螺紋毛壞外圓的編程依據，中徑是螺紋尺寸檢測的標準和調試螺紋程序的依據，小徑是編制螺紋加工程序的依據。兩邊留有一定尺寸的車刀退刀槽。

3.2 正確選擇加工刀具。螺紋車刀的種類、材質較多，選擇時要根據被加工材料的種類合理選用，材料的牌號要根據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R0.144P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。

4 多頭螺紋加工方法及程序設計

多頭螺紋的編程方法和單頭螺紋相似，采用改變切削螺紋初始位置或初始角來實現。假定毛坯已經按要求加工，螺紋車刀為T0303，采用如下兩種方法來進行編程加工。

4.1 用G92指令來加工圓柱型多頭螺紋。G92指令是簡單螺紋切削循環指令，我們可以利用先加工一個單線螺紋，然后根據多頭螺紋的結構特性，在Z軸方向上移過一個螺距，從而實現多頭螺紋的加工（工件原點設在右端面中心）

4.2 用G33指令來加工圓柱型多頭螺紋。用G33指令來編程時，除了考慮螺紋導程（F值）外，還要考慮螺紋的頭數（P值）來說明螺紋軸向的分度角。

G33 X（U） Z（W） F（E）

式中：X、Z——絕對尺寸編程的螺紋終點坐標（采用直徑編程）。

U、W——增量尺寸編程的螺紋終點坐標（采用直徑編程）

F——螺紋的導程

P——螺紋的頭數

4.3 應用G76指令加工多線螺紋。

G76P（m）（r）（a）Q（_△dmin）R（d）；

G76X（U）Z（W）R（i）P（k）Q（_△d）F（L）；

式中：

m——精加工重復次數（1-99），模態值

r——倒角量，模態值

a——刀尖角度（螺紋牙型角），模態值，一般為60°

_△dmin——最小背吃刀量（半徑值），模態值

d——精加工余量（半徑值），模態值

X（U）、Z（W）——螺紋終點坐標值

i——螺紋錐度值（半徑差值），若i0，則為普通圓柱螺紋，可省略

k——螺紋高度（半徑值）

_△d——第1刀背吃刀量（半徑值）

L——螺紋導程

m，r，a由地址P同時指定，例如，當m2，r1.2L，a600時，表示為P021260

5 多頭螺紋加工的控制因素。

在運用程序加工多頭中，要特別注意對以下問題的控制：

5.1 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，這樣可以獲得更光滑的牙表面，達到Ra3.2要求。

5.2 批量加工過程控制。對試件切削運行程序之前除正常要求對刀外，在FANUC數控系統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據，將磨損值減少0.2，進行第二次自動加工，并將測量數據記錄，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規抽檢，并通過更改程序中的X數據，也可以通過調整刀具磨損值進行補償。

參考文獻

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