數控車床剃削螺紋頭尾扣不完整部分的加工方法

官 旭 荀永明 王向旗

（中石化石油工程機械有限公司第四機械廠，湖北 荊州434024）

0 引言

螺紋加工時在頭、尾部分因不足以形成完整牙形，于是會產生不完整的尖銳部分，由于受切削力及殘余應力影響其會發生彎曲變形，這是螺紋加工中無法避免的現象。

用常規的數控加工方法加工螺紋時，對于螺紋頭尾扣的不完整部分，通常采用人工打磨或其他設備來去除，去除過程完全是由人工操作，加工質量不穩定，還極易損傷到相鄰的牙形。

現以SIEMENS 802D操作系統為例，編制一個剃削Tr80×12螺紋頭尾扣不完整部分的車削程序（圖1）。

圖1 剃削螺紋頭尾扣不完整部分前的梯形螺紋

1 剃削螺紋頭扣不完整部分

我們先來分析剃削螺紋頭部不完整尖銳部分的原理。

螺紋頭部不完整的尖銳部分形成原因如下：由于螺紋升角的存在，螺紋牙面與端平面相交所形成的交線就是尖銳部分的“刀刃”，其附近部分就是尖銳部分。消除這個尖銳部分就是要用另外一個“漸升面”覆蓋在這個尖銳部分上，如圖2所示。

圖2 螺紋頭扣尖銳部分剃削前后對比

現在就來看看這個漸升面是如何產生的。我們設想有這樣的兩條平行曲線段：它的一端和螺紋的牙底（圓柱面）相切，另一端與螺紋的牙頂相交，它有著和螺紋相同的升角。我們將這兩條曲線的對應點相連，這些連線所構成的曲面就是我們想要的漸升面。于是，要去除螺紋尖銳部分，就是要構建一簇這樣的曲線。這個曲線是由刀具的斜直線運動加上產品的旋轉運動復合出來，我們要做的事情就是確定刀具斜直線的運動軌跡和每一條這種斜直線運動的起始點和終止點。每一條曲線就是一條端面錐度螺紋曲線，其錐角的大小決定了漸升面的陡峭程度，漸升面越陡峭，被修整掉的尖銳部分就越少；漸升面越平緩，被修整掉的尖銳部分就越多。

現在，假設修整后螺紋尖銳部分的最小寬度為2mm，被修整的螺紋為1／4扣，那么，剃扣（最后一刀）的起始點與螺紋切削的起始點Z向距離應該是螺距的整數倍加上一個螺紋牙底的寬度。

切削方法就是將螺紋的起刀點漸次后移（或前移），先走軸向螺紋，走到削平點后，轉為走端面錐度螺紋。螺頭剃扣的走刀形式如圖3所示。

圖3 螺頭剃扣的刀具運行軌跡

現在，假設螺紋切削時的起刀點Z值為20，剃扣的軸向進刀量為0.1，則剃扣第一刀起始點的Z值為：20＋4.4＋2＝26.4，轉折點的Z值為0；第二刀起刀點的Z值為26.3，轉折點為－0.1；依次類推，最后一刀起刀點的Z值為24.4，轉折點為－2。

程序如下：

N10T1D1G54G0X82（調取刀位、刀補值和零偏值）

N20Z100M4M8S300（右旋螺紋，所以機床反轉，轉速300r／min，開冷卻液）

N30R1＝68.4R2＝26.4R3＝0.1R4＝0（參數賦初值，R1—牙底直徑，R2—起刀點Z值，R3—每次切削的軸向進刀量，R4—轉折點Z值）

N40TIKOU：X＝R1Z＝R2（循環起點標志，刀具到走刀預備點）

N50G33Z＝R4K12（軸向直螺紋段走刀）

N60Z＝R4－3X＝R1＋13I26（端面錐螺紋段走刀）

N70G0Z＝R2（Z向退刀）

N80R2＝R2－R3R4＝R4－R3（給起刀點和轉折點賦增量）

N90IF R4＞＝－2GOTOB TIKOU（判斷是否切削完成，如果尚未完成，轉到循環起始點）

N100Z100M5M9（停主軸，關冷卻液）

N110M17（子程序結束，返回主程序）

2 剃削螺紋尾扣不完整部分

我們再來分析剃削螺紋尾部不完整尖銳部分的原理。

螺紋尾部與螺紋頭部不完整部分的剃扣方法不同，因為它無法軸向進刀，因此必須采取徑向進刀來進行。螺尾剃扣的走刀形式如圖4所示。

圖4 螺尾剃扣的刀具運行軌跡

由螺頭剃扣的分析可知，螺尾剃扣要做的工作是：確定起刀點的偏移量、確定刀具運行軌跡和兩個轉折點的位置。

先來確定偏移量，假設螺尾的剃削寬度為2mm，那么，螺紋切削的起始點和螺尾剃削的起始點偏移量就必須大于2mm。為保險起見，我們設起刀點的偏移量為3mm，第一個轉折點的Z值為－30，第二個轉折點距第一個轉折點的Z向增量為－3，X向增量為－11.6（直徑量，相當于螺距為23.2的端面螺紋轉1／4圈所走的徑向距離）。

程序如下：

N10T1D1G54G0X95（調取刀位、刀補值和零偏值）

N20Z100M4M8S300（右旋螺紋，機床反轉，轉速300r／min，開冷卻液）

N30R1＝90R2＝－19R3＝0.2R4＝－30（參數賦初值，R1—第一刀轉折點處直徑，R2—起刀點Z值，R3—每次切削的徑向進刀量，R4—第一刀轉折點處Z值）

N40TIKOU1：X＝R1＋5Z＝R2（循環起點標志，刀具到走刀預備點）

N50G33X＝R1Z＝R4K12（軸向錐螺紋段走刀）

N60Z＝R4－3X＝R1－11.6I23.2（端面錐螺紋段走刀）

N70Z＝R4－6K12（軸向直螺紋段走刀）

N80G0X＝R1＋5（X向退刀）

N90R1＝R1－R3（賦切削增量）

N100IF R1＞＝80GOTOB TIKOU1（判斷是否切削完成，如果尚未完成，轉到循環起始點）

N110Z100M5M9（停主軸，關冷卻液）

N120M17（子程序結束，返回主程序）

3 應用效果

通過在生產實踐中批量試用該程序，解決了數控車床螺紋加工后去除頭尾扣不完整部分繁瑣、效率低下的難題，用此方法加工后的螺紋（包括其外觀）完全滿足檢驗及使用要求，剃扣時不會傷及零件其他表面，且工藝穩定，加工效率高。

［1］陳宏均.實用機械加工工藝手冊.機械工業出版社，2000