數控車床螺紋加工編程工藝分析

陳正林

摘 要：這里分析了軸類零件中螺紋加工工藝方案的制訂，采用日本OSP OKUMA-L270系統的數控車床運用不同指令進行螺紋加工的誤差分析。

關鍵詞：螺紋；工藝；誤差分析

常用螺紋的牙型有三角形、梯形、矩形等。螺紋的加工方法多種多樣，大規模生產直徑較小的三角螺紋，常采用滾絲、搓絲或軋絲的方法，對數量較少或批量不大的螺紋常采用車削的方法。隨著數控技術的逐漸普及，軸類零件越來越多的采用數控車床加工。這里以日本OSP OKUMA-L270系統為例，介紹在數控車床上加工螺紋時，其工藝方案的制訂及數控加工程序的不同所造成的誤差分析。

1 加工工藝分析

在數控車床上加工螺紋，首先要制訂合理的工藝方案，然后才能進行編程和加工。工藝方案的好壞不僅會影響數控車床效率的發揮，而且將直接影響到螺紋的加工質量。

1.1 走刀路線的確定

在數控車床上車螺紋時，沿螺距方向的，向進給應和車床主軸的旋轉保持嚴格的速比關系，考慮到刀具從停止狀態到達指定的進給速度或從指定的進給速度降為零，驅動系統必有一個過渡過程，因此沿軸向進給的加工路線長度，除保證螺紋長度外，還應增加刀具引入距離δ1和超越距離δ2（見圖1），δ1和δ2的數值與車床拖動系統的動態特性、螺紋的螺距和精度有關。一般δ1為2-5mm，對大螺距和高精度的螺紋取大值；δ2一般為退刀槽寬度的一半左右，取1-3mm左右。若螺紋收尾處沒有退刀槽時，收尾處的形狀與數控系統有關，一般按45°退刀收尾。

1.2 螺紋車刀的選用

螺紋車刀屬于成形刀具，要保證螺紋牙型的精度，必須正確刃磨和安裝車刀。對螺紋車刀的要求主要有以下幾點：

1）車刀的刀尖角一定要等于螺紋的牙型角；

2）精車時車刀的縱向前角應等于0°；粗車時允許有5°-15°的縱向前角；

3）因受螺紋升角的影響，車刀兩側的靜止后角應不相等，進給方向后面的后角較大，一般應保證兩側面均有3°-5°的工作后角；

4）車刀兩側刃的直線性要好。制造螺紋車刀的材料有高速鋼和硬質合金兩種。高速鋼螺紋車刀刃磨方便、切削刃鋒利、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。但它的耐熱性差，不宜高速車削。硬質合金螺紋車刀的硬度高、耐磨性好、耐高溫，但抗沖擊能力差。數控車床一般選用硬質合金可轉位車刀。

1.3 三角螺紋的車削方法

車螺紋的進刀方式有直進式和斜進式，直進式車螺紋容易保證牙型的正確性，但車削時，車刀刀尖和兩側切削刃同時進行切削，切削力較大，容易產生扎刀現象，因此只適用于車削較小螺距的螺紋。用斜進法車削螺紋，刀具是單側刃加工，排屑順利，不易扎刀。當螺距P<3mm時，一般采用直進法；螺距P≧3mm時，一般采用斜進法。

1.4 切削用量的選擇

1.4.1 主軸轉速的確定

在車削螺紋時，車床的主軸轉速將受到螺紋的螺距（或導程）大小、驅動電機的升降頻特性及螺紋插補運算速度等多種因素影響，故對于不同的數控系統，推薦有不同的主軸轉速選擇范圍。如大多數經濟型車床數控系統推薦車螺紋時的主軸轉速如下：n≤1200/P-K式中：P是螺紋的螺距（mm）；K是保險系數，一般取為80。

1.4.2 走刀次數和背吃刀量的確定

螺紋加工中的走刀次數和背吃刀量會直接影響螺紋的加工質量，車削螺紋時的走刀次數和背吃刀量可參考表1。

表1 普通螺紋走刀次數和背吃刀量的參考表

2 編程示例

不同的數控系統，車螺紋的編程指令有所不同。對于日本-OSP OKUMA-L270的系統來說，有三種指令可用于等螺距直螺紋、錐螺紋的車削。加工圖1所示零件M30X2的普通外螺紋，主軸轉速n1200/P-K=（1200/2-80）=520r/min.根據零件材料、刀具等因素可以取n=400r/min。螺紋的螺距為2，根據表1可知其牙深為1.3，安排5次走刀，每次的背吃刀量分別為0.9、0.6、0.6、0.4、0.1，車螺紋時設定升速段δ1取值5mm，降速段δ2取值2mm。

2.1 采用G32指令進行車螺紋

T0101 M03 S400；（T0101為螺紋車刀，主軸正轉，轉速為400 r/min）

G00 X29.1 Z5；

G34 Z-42.F2.0；（第一次車螺紋，背吃刀量為0.9mm）

G00 X32；

Z5；

X28.5；

G34 Z-42.F2.0；（第二次車螺紋，背吃刀量為0.6mm）

G00 X32；

Z5；

X27.9；

G34 Z-42.F2.0；（第三次車螺紋，背吃刀量為0.6mm）

G00 X32；

Z5；

X27.5；

G34 Z-42.F2.0；（第四次車螺紋，背吃刀量為0.4mm）

G00 X32；

Z5；

X27.4；

G34 Z-42.F2.0；（最后一次車螺紋，背吃刀量為0.1mm）

G00 X32；

X100 Z100；

M05；

M30；

2.2 采用G33指令進行車螺紋

T0101 M03 S400；（T0101為螺紋車刀，主軸正轉，轉速為400 r/min）

G00 X32 Z5；（刀具定位到循環起點）

G33 X29.1 Z-42 F2.0；（第一次車螺紋）

X28.5；（第二次車螺紋）

X27.9；（第三次車螺紋）

X27.5；（第四次車螺紋）

X27.4；（最后一次車螺紋）

G00 X100 Z100；（刀具回換刀點）

M05；

M30；

2.3 采用G71指令進行車螺紋

T0101 M03 S400；（T0101為螺紋車刀，主軸正轉，轉速為400 r/min）

G00 X32 Z5；（刀具定位到循環起點）

G71 X27.4 Z-42 B60 D0.9 U0.1 H2.6 F2.0；（螺紋角度為60度，第一次車削深度為0.9mm，最后一刀為：0.1mm，螺紋高度為：螺距╳1.3mm，螺距為2mm）

G00 X100 Z100；（刀具回換刀點）

M05；

M30；

通過對同一螺紋三種不同的編程方法進行分析，可以知道采用G34編程，程序段長，一般很少采用此種方法；采用G33編程，條理很清晰并且走刀路線直觀，程序段也不是太長；采用G71編程最為方便，程序段最少，但是參數計算比較復雜。在實際加工中，G33編程和G71編程的區別，主要看工件要求的精度來確定。

3 加工誤差分析及使用

3.1 G33直進式切削方法

由于兩側刃同時工作，切削力較大，而且排削困難，因此在切削時，兩切削刃容易磨損。在切削螺距較大的螺紋時，由于切削深度較大，刀刃磨損較快，從而造成螺紋中徑產生誤差；但是其加工的牙形精度較高，因此一般多用于小螺距螺紋加工。由于其刀具移動切削均靠編程來完成，所以加工程序較長；由于刀刃容易磨損，因此加工中要做到勤測量。

3.2 G71斜進式切削方法

由于為單側刃加工，加工刀刃容易損傷和磨損，使加工的螺紋面不直，刀尖角發生變化，而造成牙形精度較差。但由于其為單側刃工作，刀具負載較小，排屑容易，并且切削深度為遞減式。因此，此加工方法一般適用于大螺距螺紋加工。由于此加工方法排屑容易，刀刃加工工況較好，在螺紋精度要求不高的情況下，此加工方法更為方便。

4 結束語

在加工合格且精度要求較高螺紋時，要在生產實踐中不斷總結經驗，避免出現故障。特別在應用數控車床加工精度要求較高的螺紋時，可采用兩刀加工完成，即先用G71加工方法進行粗車，然后用G33加工方法進行精車，可以達到比較好的效果。但要注意刀具起始點要準確，不然容易出現亂扣，造成零件報廢。

參考文獻

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