多頭大導程梯形螺紋數控加工方法研究

計小輩 王麗敏 王卓群

(邢臺職業技術學院，河北邢臺 054035)

梯形螺紋作為傳動用螺紋，主要用于傳遞運動和動力，在機械工業中應用廣泛，其加工制造有較大的技術難度。尤其是多頭大導程梯形螺紋的加工難度更大。本文依據加工雙盤摩擦壓力機上三頭絲杠的實際生產經驗，分析了車削此類零件的加工工藝與編程方法。現以此為例進行說明。雙盤摩擦壓力機上三頭絲杠零件圖見圖1。此為螺紋大徑172 mm、長1 008 mm、導程132 mm、螺距44 mm的三頭梯形螺紋，加工材料為通常用的45#鋼的塑性材料。

在加工螺紋時，工件每轉一圈，刀具要運動一個導程長，機床軸向進給速度非常快。當加工此絲杠的主軸轉速取n=40 r/min時，則軸向進給速度f=40 r/min×132 mm/r=5 280 mm/min，進給速度要高出平時切削速度的幾百倍，刀具刀尖處作用力非常大，刀具磨損嚴重，很容易出現“振刀”、“扎刀”甚至損壞刀具的情況。另外，此絲杠螺紋槽較深，槽底較寬，加工量大。若用普通車床加工，對操作者的技術水平要求較高，且操作者的勞動強度非常大。再者，由于是多頭螺紋，用普通車床加工較難保證分頭的準確性，螺距不均勻。

鑒于以上原因，筆者根據多年加工經驗，制定合理加工工藝，采用FANUC 0i系統數控車床，很好地解決了這一加工難題?，F在將具體實施過程進行整理總結。

1 工藝分析

1.1 加工思路

此類長軸類零件的加工，顯然采用一夾一頂的裝夾方式。加工工序分粗車和精車兩步完成，先用粗車刀將螺紋槽粗切出來，去除大部分加工余量;粗車后換精車刀，分別精車螺紋的左右兩牙側，達到工件技術要求?？紤]到刀具制造的方便性，加工刀具采用高速鋼鋼條經手工磨制而成;使用高速鋼刀具還有以下優點:刃磨方便，容易得到鋒利的刃口，而且刀具韌性好、刀尖不易崩裂，適合車削塑性材料的工件，且在低速加工下容易獲得較好的表面粗糙度。

1.2 螺紋粗車

由于粗車加工量大，刀具磨損嚴重。不可避免地要進行中途換刀，刃磨。這就涉及到刀具的二次裝夾與對刀，傳統的刀頭有一定寬度、刀尖角為30°的梯形螺紋成形車刀，很難保證二次對刀Z向位置的準確性。另外，梯形螺紋車削的程序編制與加工都要考慮到刀頭的寬度問題，梯形螺紋成形車刀刀頭寬度的精確測量也較困難。這兩方面的原因，都不利于刀具二次裝夾后，能快速地對刀，繼續進行加工。而切槽刀無論是在Z向準確對刀還是刀頭寬度的精確測量都較容易。為此，我們選擇切槽刀粗切螺紋槽去除大部分加工量。

由于該絲杠的螺距和牙型較大，采用單一的進刀方式，很難正常完成螺紋車削。如果利用宏程序進行分層剝離切削，則可以較好地解決這一問題。

分層法通常不是一次性就把牙型槽切削出來，而是將大螺距螺紋的牙槽按一定的深度分成若干層，轉化成若干個較淺的牙型槽再進行切削;在每一層的切削過程中又分別采用徑向進刀和軸向“趕刀”的方法進行螺紋加工。具體實施辦法:如圖2所示，首先將切槽刀定位在第一層牙型右側，采用徑向多次均勻進刀，當切至第一層螺紋的螺紋小徑時，刀具X向回第一層初始起刀點，Z向沿Z軸負方向移動一定距離(移動距離要小于切刀刀頭寬度)，繼續采用徑向多次均勻進刀，如此循環，直至切刀軸向移到第一層牙型左側;采用同樣的加工方法，將第二層金屬層車掉。依次類推，直至完成梯形螺紋的加工。這樣，原來的大螺距螺紋被分解成若干層，在整個切削過程中，切槽刀刀刃參加切削加工的長度，只有每層金屬深度的一小段，刀尖受力狀況和散熱情況都得到改善，排屑順利，不易扎刀。切削效率可成倍提高。

1.3 螺紋精車

為達到梯形螺紋技術要求，刃磨好精車刀是關鍵。為保證牙型角正確，在刃磨時可使用萬能角度尺來測量。為便于刃磨和裝刀，要求螺紋刀的刀尖角平分線要與刀桿兩側的對稱面平行或重合。刃磨時先把車刀一側的刀刃刃磨好，再以此為基準刃磨另一側刀刃。

1.4 注意事項

工件采用卡盤夾緊、頂尖支撐的裝夾方式。由于工件為長軸類零件、徑向尺寸也較大，靜載時頂尖承受的壓力就較大。工件切削時，徑向切削力也很大，為減小工件切削時產生的振動。選擇適宜低速重載的死頂尖進行支撐。需要注意的是，死頂尖頂工件不要頂的太緊，頂尖與工件中心孔處要涂加黃油。

為了減小徑向切削力，在保證刀具強度的情況下，刀頭寬度盡量減小。實際加工中，筆者粗車切槽刀刀頭寬度取8 mm，精車梯形螺紋成形車刀刀頭寬度取1.5 mm。車刀左側刃的刃磨后角要大于梯形螺紋的螺旋升角，否則車刀后刀面會與螺旋槽側面發生干涉，使車刀不能順利車削，甚至會損壞車刀。梯形螺紋的螺旋升角λ計算公式為

式中:p為螺距;n為螺紋頭數;d2為螺紋中徑。

在安裝螺紋車刀時要盡量減少伸出長度，防止刀桿剛性不夠，切削時產生振動。螺紋車刀安裝高度也很講究，過低或過高都會出現“扎刀”現象。過低，切屑不易排出，從而把工件頂起，出現“扎刀”現象;過高，則吃刀到一定深度時，后刀面頂住工件，增大摩擦力，造成“扎刀”。正確的位置是，刀尖位置比工件中心高0.1～0.3 mm。

由于刀具采用高速鋼材料，不耐高溫，所以切削過程中跟足切削液是必須的。另外，恰當地使用切削液，能降低切削時產生的熱量，減少由于溫度升高引起的加工誤差，能在金屬表面形成薄膜，減少刀具與工件的摩擦，并可沖走切屑，從而減小工件表面粗糙度值，減少刀具磨損。加工要求不高時使用水基切削液就可以達到要求，如果精度要求高就必須使用油基切削液。對于該工件的加工，螺紋粗車時，保證跟足車床水箱內的水基切削液，保證不燒刀。精車時，使用油槍進行手工潤滑以能滿足精度要求。

2 程序設計

2.1 粗車宏程序設計

程序原點設在工件左端面圓心處，切刀的左刀尖為刀位點。

程序執行結束后，將#10分別賦值為 －114和－158，進行多頭螺紋另外兩頭的加工。

2.2 精車編程與操作

用以上程序完成粗加工后，換用精車刀，用螺紋車削單一循環指令G92，分別精車螺紋的左右兩牙側，并同時保證螺紋中徑尺寸精度和兩牙側表面粗糙度等技術要求，最終完成該絲杠的加工。具體操作過程，在此不再贅述;加工實圖如圖3所示。

3 結語

加工實踐驗證:以上操作方法有效地解決了加工多頭大導程梯形螺紋的技術難題。在減輕操作者勞動強度的同時，降低編程難度，并且運行可靠，工藝性強，取得了很好的加工效果。

從數控車削螺紋原理看，可以針對某一類螺紋，采用宏程序編制一種比較簡單、通用的程序，根據不同的需要適當改變相應參數變量，滿足加工不同的大螺距螺紋的需要，大大縮短編程的輔助時間。

［1］馮志剛.數控宏程序編程方法、技巧與實例［M］.北京:機械工業出版社，2007.

［2］屠國棟，趙正文.車工［M］.北京:化學工業出版社，2009.

［3］原北京第一通用機械廠.機械工人切削手冊［M］.北京:機械工業出版社，2009.