探析數(shù)控車床螺紋加工

【摘 要】探討利用數(shù)控車床加工螺紋的有關(guān)問題，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)根據(jù)實(shí)際情況選擇合理的螺紋加工方法，來保證螺紋加工精度，提高生產(chǎn)效率。

【關(guān)鍵詞】中職 數(shù)控車床 螺紋加工

【中圖分類號】G【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2014）04B-0114-03

一、螺紋的用途和分類

機(jī)械零部件中有很多螺紋，螺紋用途很廣泛，主要是利用它的配合特性來實(shí)現(xiàn)連接和傳動(dòng)。螺紋按照不同的形式有不同的分類，按牙型特征可分為三角型螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋等；按用途分可分為連接螺紋和傳遞螺紋；按螺旋線方向可分為右旋螺紋和左旋螺紋；按螺旋的線數(shù)的多少可分為單線螺紋和多線螺紋。

二、數(shù)控車床螺紋加工的工藝分析

對簡單或要求不嚴(yán)格的零件，可以在粗加工后或是精加工后再車螺紋，而要求高或容易產(chǎn)生變形的零件的螺紋就要放在半精加工和精加工之間車削。不管加工什么工件，在加工前都要制訂好合理的加工工藝方案，才能更好地保證工件的精度。工藝方案的不同會(huì)直接影響到工件的質(zhì)量和工作效率，因而在分析圖紙后就要為其制定一套最適合的工藝方案。為此可從以下幾個(gè)方面來分析螺紋加工的工藝方案。

1.螺紋加工刀具的起始位置

螺紋切削起始位置，既是螺紋加工的起點(diǎn)，又是最后返回的終點(diǎn)，為了保證刀具不碰撞到工件，刀具的起始位置必須定義在工件外，但為了保證效率，刀具又必須靠近它，所以刀具的起始位置選擇要安全合理。一般情況下在螺紋加工前一步定位X軸方向比螺紋公稱直徑大3 mm左右，Z軸方向比準(zhǔn)備加工長度長2～5 mm。加工完螺紋時(shí)要進(jìn)行下一步操作時(shí)刀具回到G00起點(diǎn)位置，X軸和Z軸距離要保證有足夠換刀的安全距離。

2.螺紋加工刀具的選用和裝夾

要保證螺紋牙型的精度，在選用和安裝螺紋車刀時(shí)要特別注意，車刀的刀尖角一定要等于螺紋的牙型角，車刀兩側(cè)刃的直線性要好，螺紋粗車時(shí)車刀可以允許誤差存在，但是精車時(shí)車刀的要求相對比較嚴(yán)格。選用哪種材料的車刀就要看工件材料和精度要求，一般數(shù)控車床選用硬質(zhì)合金車刀，硬質(zhì)合金螺紋車刀的硬度高、耐磨性好、耐高溫，但抗沖擊能力差。在教學(xué)中我們也常使用高速鋼螺紋車刀，因?yàn)楦咚黉撊菀兹心ィ邢魅袖h利、韌性好，能承受較大的切削沖擊力，加工的螺紋表面粗糙度小，也經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

裝夾螺紋車刀時(shí)，刀尖要對準(zhǔn)工件中心，高低不能超過0.2 mm，且車刀刀尖角的對稱中心線必須與工件軸線垂直，裝刀時(shí)可用樣板來對刀，刀頭伸出不要過長，一般為20～25 mm。車刀的安裝好壞對螺紋加工有著明顯的影響，安裝不當(dāng)，不但工件的精度不能保證，而且加工中隨時(shí)都有可能崩刀。

3.螺紋加工車削用量的合理性

（1）主軸轉(zhuǎn)速的確定

螺紋加工時(shí)，在中職學(xué)校教學(xué)中一般選500 r/min左右的主軸轉(zhuǎn)速。當(dāng)然螺紋加工時(shí)具體如何選擇主軸的轉(zhuǎn)速，與選取的材料、刀具、螺紋參數(shù)、切削方式、車床等多方面因素有關(guān)。在材料、刀具和車床相同情況下主軸轉(zhuǎn)速主要由螺紋參數(shù)來定，螺距小于2 mm的一般用相對低速切削螺紋，螺距大于6 mm的一般用相對高速切削螺紋。不管選用什么轉(zhuǎn)速，在加工螺紋過程中都不能改變轉(zhuǎn)速，否則會(huì)產(chǎn)生亂齒。

（2）走刀次數(shù)和背吃刀量的確定

螺紋加工中的走刀次數(shù)和背吃刀量會(huì)直接影響螺紋的加工質(zhì)量，常用螺紋加工的進(jìn)給次數(shù)與背吃刀量可參考下表，但在加工中具體情況還是要視具體情況來選擇。當(dāng)?shù)毒摺⒉牧稀⒙菥嗟葏?shù)發(fā)生改變時(shí)，進(jìn)給次數(shù)和背吃刀量也要隨之改變。在實(shí)際加工中粗加工完后要反復(fù)測量看是否達(dá)到精度要求。

三、數(shù)控車床螺紋加工的編程選擇

數(shù)控車床螺紋加工比普通車床螺紋加工精度要高，但需要合理的編程才能進(jìn)行自動(dòng)化加工。數(shù)控車床螺紋加工用不同的編程方法，會(huì)造成不同的加工誤差，產(chǎn)生不同的加工效率。目前，數(shù)控車床一般使用螺紋編程的方法有：直進(jìn)式切削方法G32和G92，斜進(jìn)式切削方法G76。由于切削方法的不同，編程方法的不同，會(huì)造成不同的加工結(jié)果，以下以廣州數(shù)控GSK980TD為例作詳細(xì)分析。

1.直進(jìn)式螺紋加工方法（如圖a）

直進(jìn)式螺紋加工可以用G32和G92指令編程，直進(jìn)式加工比較容易獲得較高精度的牙型，常用于螺距小于3 mm的三角形螺紋。圓錐或圓柱螺紋也都可以。從圖a可以發(fā)現(xiàn)加工刀具兩側(cè)同時(shí)與工件兩側(cè)接觸，因而承受的切削力較大，刀刃容易磨損，從而造成螺紋中徑產(chǎn)生誤差。若切削深度較大，精度就會(huì)變差。

G32和G92的編程格式是一樣的，即G32 X（U）_ Z（W）_R_F_ ，G92 X（U）_Z（W）_R_F_，都適用于等螺距螺紋加工。兩者區(qū)別是G32編程不能循環(huán)運(yùn)行，每次加工都要重新定位、進(jìn)刀、退刀，編程的步驟較為繁瑣，而且必須要有退刀槽，不然退尾過程可能會(huì)傷及工件；G92編程是單一循環(huán)的，編程步驟較為簡單，退刀槽的有無不會(huì)影響加工。

在中職學(xué)校教學(xué)中大多提倡用G92指令來編程，G92編程容易理解，并且在實(shí)訓(xùn)課中加工效率較高，也不容易出錯(cuò)。

2.斜進(jìn)式加工方法（如圖b）

從圖b觀察，斜進(jìn)式加工時(shí)刀具單側(cè)刃受力，受力的刀刃面容易損傷和磨損，使刀尖角發(fā)生變化，從而導(dǎo)致加工工件的牙形精度較差，螺紋面不正。但由于加工時(shí)刀具單側(cè)接觸的時(shí)間多，且切削深度為遞減式，相對來說刀具負(fù)載較小，排屑和散熱都比較好。因此，斜進(jìn)式加工一般適用于螺距大于3 mm的三角形螺紋。若螺紋精度要求不是很高的情況下，選擇斜進(jìn)式加工比較好。

斜進(jìn)式加工用G76指令編程，G76是復(fù)合切削循環(huán)指令，編程格式如下：

這兩者必須同時(shí)使用，不能分開使用。G76指令可加工帶螺紋退尾的直螺紋和錐螺紋，可實(shí)現(xiàn)單側(cè)刀刃螺紋切削，吃刀量逐漸減少，有利于保護(hù)刀具、提高螺紋精度。

在實(shí)際生產(chǎn)中，要加工較高精度螺紋時(shí)，可采用兩種混合式加工完成，先用G76編程進(jìn)行粗車加工，然后用G92編程進(jìn)行精車加工，這樣既保證了螺紋的精度，又提高了加工的效率，但要注意G76格式較為復(fù)雜，參數(shù)比較多，理解有一定的難度。同時(shí)要注意各參數(shù)的合理使用，刀具起始點(diǎn)要準(zhǔn)確，不然容易亂扣，造成零件報(bào)廢。

四、數(shù)控車床螺紋加工案例

這是一份中職考證試題，根據(jù)這張圖紙的加工工藝要求，最少要有兩次裝夾才能完成，螺紋部分要在粗車加工后或是精加工后加工。M24×1.5是普通細(xì)螺紋，在考證中選用硬質(zhì)合金刀，材料選用45#鋼。根據(jù)材料和刀具因素，選取主軸轉(zhuǎn)速為500 r/min左右，螺距為1.5。從上表查，可以分4刀次車削加工螺紋，第一刀車削深度為0.8 mm，第二刀車削深度為0.6 mm，第三刀車削深度為0.4 mm，第四刀車削深度為0.16 mm。當(dāng)然粗車后還可以進(jìn)行精車螺紋。以下分別用G32、G92、G76來編寫螺紋粗加工部分的程序。

1.用G32指令編寫螺紋程序

T0101 M03 S500；（T0101為螺紋車刀，主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為500 r/min）

G00 X23.2 Z3；

G32 Z-20 F1.5；（第一次車螺紋，背吃刀量為0.8 mm）

G00 X26；

Z3；

X22.6；

G32 Z-20 F1.5；（第二次車螺紋，背吃刀量為0.6 mm）

G00 X26；

Z3；

X22.2；

G32 Z-20 F1.5；（第三次車螺紋，背吃刀量為0.4 mm）

G00 X26；

Z3；

X22.04；

G32 Z-20 F1.5；（第四次車螺紋，背吃刀量為0.16 mm）

G00 X26；

X100 Z100；

M05；

M30；

2.用G92指令編寫螺紋程序

T0101 M03 S500；（T0101為螺紋車刀，主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為500 r/min）

G00 X26 Z3；（刀具定位到循環(huán)起點(diǎn)）

G92 X23.2 Z-20 F1.5；（第一次車螺紋）

X22.6；（第二次車螺紋）

X22.2；（第三次車螺紋）

X22.04；（第四次車螺紋）

G00 X100 Z100；（刀具回?fù)Q刀點(diǎn)）

M05；

M30；

3.用G76指令編寫螺紋程序

T0101 M03 S500；（T0101為螺紋車刀，主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為500 r/min）

G00 X26 Z3；（刀具定位到循環(huán)起點(diǎn)）

G76 P011060 Q100 R0.2；（車螺紋）

G76 X22.04 Z-42 R0 P970 Q800 F1.5；（螺紋高度為0.97 mm，第一次車削深度為0.8 mm，螺距為1.5 mm）

G00 X100 Z100；（刀具回?fù)Q刀點(diǎn)）

M05；

M30；

觀察以上三種編程可以發(fā)現(xiàn)，G32編程，程序段長，操作步驟多，在教學(xué)和實(shí)際操作中一般很少采用G32來編程加工；G92編程，程序段不太長，條理很清晰并且格式參數(shù)簡單，極容易理解；G76編程最為方便，程序段最少，但是參數(shù)計(jì)算比較復(fù)雜，對部分學(xué)生來說比較難理解。在中職教學(xué)和實(shí)際生產(chǎn)加工中，多半選用G92和G76編程，當(dāng)然如何選用這兩者，主要看工件要求的精度及是不是批量生產(chǎn)來確定。

五、提高數(shù)控車床螺紋加工的精度

數(shù)控車床加工螺紋的精度與刀具、材料、機(jī)床、工藝方案、編程、操作者等各種因素有關(guān)。要提高螺紋的精度要注意以下幾點(diǎn)：第一，刀具刃磨角度與牙型的角度要相匹配，刀具安裝不能偏高或是偏低，加工過程注意散熱、不讓刀具過分磨損。第二，工藝方案中各參數(shù)要合理確定，無論是選擇在粗車后還是精車后加工，螺紋加工過程中都不能產(chǎn)生過大的振動(dòng)。第三，編程時(shí)要選好編程指令，精度要求高的零件最好選用G92來編程，有時(shí)還要用G92精車。第四，操作者在操作過程中要多測量、多觀察，在加工過程中不能隨便修改參數(shù)。

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