數控車床螺紋加工的實用調節方法

宋秀峰

摘要：數控車床車削螺紋時只能一次成形，不能隨意改變轉速，針對這個問題，本文提出補償螺紋牙距的方法，使得數控車床加工螺紋時可以任意改變轉速，達到改善加工質量的目的。

Abstract： When turning a thread on a CNC lathe， it can only be formed once， and the speed cannot be changed arbitrarily. For this problem， this paper proposes a method to compensate the thread pitch， so that the CNC lathe can change the rotation speed arbitrarily when machining the thread， so as to improve the processing quality.

關鍵詞：數控車削;螺紋;牙距差;補償公式

Key words： CNC turning;thread;tooth gap;compensation formula

中圖分類號：TG519.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）10-0133-03

0 ?引言

現代國家工業發展離不開數控技術，其也是衡量一個國家工業生產代現化建設的重要標準之一，我國數控技術經過科研者們堅持不懈的努力已經取得了跨越性的進步。在機械設備整體運轉中，機械螺紋類零件始終發揮著至關重要的作用。螺紋實際上是指在圓柱體或圓錐體表面，沿著螺旋紋理，所形成的具備連續性、規律性的凸起。螺紋零件在機械與設備之間起到連接和傳動作用。隨著現在科學技術的發展機械螺紋類零件由簡單變的更繁雜，螺紋類型也很多，主要有：單線型、多線型、內型、外型、固定螺距型、變螺距型。但通常傳統數控機床加工主要是針對機械螺紋類零件，其中就有對螺紋線的深層加工，而最常采用對刀的加工方式。此外，在加工回轉類型的螺紋零件車削加工也是經常使用的加工方法。在機械加工過程中，大部分為回轉類型的螺紋零件的加工，作為裝備的數控機床具有具體性。在加工中為使刀具充分發揮作用，采取讓這個工件進行旋轉運動使刀具在直線上不斷移動，來完成整個工件工件的加工的方法。車床加工中螺紋的加工是比較基礎的。

航空產品機械加工中采用數控車床加工螺紋的加工方法越來越廣泛，其有加工精度高、產品統一性好、加工范圍廣等優勢。用普通的車床來車削螺紋的技術比較難操控，隨著科技的發展，采用數控機床加工螺紋零件已被廣泛應用。數控機床車削不但提高了精度合工作效率還降低了對操作者的技術要求。但是，由于數控車床取消了絲杠的設計應用，與普通車床相比數控車床在螺紋加工技術實際應用中卻存在了很多不方便的地方。例如在切削螺紋時，普通車床可以隨意改變轉速，機床則不可以，只能一次成型，否則螺紋將不具備連續性和規律性。當操控數控車床加工螺紋時，就算操作者選錯了轉數或操作失誤也不可改變轉數。另外數控車床不可重修調當螺紋零件卸下來之后。數控車床螺紋加工的實用調節方法，有效改善了數控車床螺紋加工的局限性。

1 ?數控車床螺紋加工切削原理分析

1.1 螺紋車削技術要點

螺紋車削是指螺紋加工過程，具體是指工件旋轉一轉，車刀沿工件軸線移動一個導程，刀刃的運動軌跡就形成了工件的螺紋表面的螺紋加工過程。試圖找出解決數控車床加工不足的辦法，加工螺紋是由數控機床中主軸上的位置編碼器與主軸轉速同步來完成加工的。數控車床在車削螺紋時是在相同的刀具軌跡上從粗切到精切反復操作的。當想改變速度時，需要重新給主軸上的位置編碼器一個輸出的信息，螺紋刀削時到的運動軌跡是不發生變化的，由于重新輸入的信息接入系統時有延遲導致在響應時間內，主軸的轉速不同，刀削的螺紋必然不同，這就是為什么在加工中改變主軸轉速螺紋會亂扣的現象。車螺紋大徑時的注意要點為：受車刀擠壓，外螺紋大徑尺寸會脹大，內螺紋小徑會縮小。車外螺紋前外圓直徑=公稱直徑D-0.1P（螺距：P）。車塑性金屬的內螺紋底孔直徑≈公稱直徑d-P（螺距：P）。車脆性金屬的內螺紋底孔直徑≈公稱直徑d-1.05P（螺距：P）。我們通常采用一把刀具進行螺紋加工的方法。在使用數控機床時，在加工大螺距螺紋時會出現加工后期螺紋尺寸變化大、螺紋精度低的現象，其原因是機床在加工時刀具磨損過快導致的。那怎么解決這個問題呢？當粗車刀片不能使用需要更換時，可以把精車刀片換到粗車刀具上用來暫時替換刀具，再將精車刀具重新換新的精刀片，這樣對既可保證加工的精度還可以節省成本。采用此辦法還需看對刀的精度。

加工螺紋是由數控機床中主軸上的位置編碼器與主軸轉速同步來完成加工的。一般情況下，數控車床在車削螺紋時是在相同的刀具軌跡上反復操作的。在利用數控車床進行機械螺紋零件加工的時候，編碼器數控制主軸進給驅動裝置，來對刀具架子操控，最終完成的進給任務。數控系統可以根據主軸轉動的信號信息進行監測從而控制電機轉數，數控系統會嚴格按照要求數值進行操作，讓車床削出與要求一樣的螺紋零件。在主軸轉動的時候，編碼器也會一起轉動而且發出與其一樣的脈沖信號。為了減少機床工作延遲，當數控系統接到信號即同步開始工作。車削加工步驟時車床的主要技術特性，所以對刀具的材料及結構都有著嚴格的要求，例如刀具選用YG類型的硬質合金可以切削車鑄鐵材料的螺紋，而車鋼件材料則使刀具需使用YT類型的硬質合金，材料刀具是數控機床的重要刀具，其不但能粗加工也能精加工。數控機床車削對機械螺紋類零件是非常重要的步驟，也是決定零件好壞重要環節。在選好合適的加工方法并處理好零件圖紙的數字信息后，在進行機械螺紋類零件數控機床的車削加工，必須符合材料的要求，根據要求來選擇材料，并根據圖紙上的信息進行控制數控機床對機械螺紋類零件進行車削加工。在其加工過程中，要選則正確的刀具了解刀具的角度，控制好刀。為了保障加工的零件的精度，還要明確刀具的選擇很理性及穩定的性能，確定規劃出刀具的使用壽命和刀具的行走路線和步驟，確保刀具的使用時間更長久在合理的范圍內。螺紋切削是主軸上的位置編碼器發出一個輸出的信后，車床在車削螺紋時是在相同的刀具軌跡上從粗切到精切反復操作的。螺紋刀入系統時會產生響應時間主軸的轉速不同，刀削的螺紋必然不同，這就是為什么在加工中改變主軸轉速螺紋會亂扣的現象。如果不想出現螺紋亂扣現象，軸速度從粗切到精切必須保持恒定。

1.2 螺紋車削常用加工參數

車螺紋程序編制步驟：確定螺紋刀—確定主軸旋向和刀具走刀方向—確定螺紋大徑—確定走刀次數和每次進刀量—編制程序加工驗證。什么樣的牙距選擇什么樣的齒輪配合，要根據螺紋大小分幾次加切削量同時進到要速度，以防出現撞到卡盤的現象。走刀次數和每次進刀量的常用參數見表1、表2。

1.3 常見的加工故障

零件在最初期加工螺紋時非常容易出現“亂牙”的現象。數控機床通常其給定的輸入指令來實現車削動作，“亂牙”的故障產生主要是因為主軸與進給軸的實際轉速不一致而導致的。在加工原理上來講。數控加工需要主軸與Z軸的相互合作來完成刀具的直線進給。若想完成加工，不但要保障軸承之間的密切配合也要實現與主軸速度相同?，F在很多數控車床都采用變頻器來調節速度，可是主軸的速度不能與車床的進給速度完全同步，使其速度完全相同，所以螺紋切削會存在差異。如出現“亂牙”故障，一般只需重新設置車削工藝流程。

數控車床不但會出現“亂牙”故障還可能出現失控狀態，在某些時候，下達的車削指令不執行。此類故障最有可能是編碼器合主軸驅動不能完成鏈接造成的。車床在加工螺紋時通過直線進給的方式來驅動軸承旋轉的，其還需要Z軸與主軸的完美結合。然而，仔細觀察機床的整個運轉過程，主軸也會出現異?，F象，其會出現變速合正常轉動的時候。如果驅動器與編碼器沒有實現密切連接，其就無法顯示正確的數值，但重新輸入時就可以正常執行操作。

2 ?利用原理公式進行加工螺紋調整

數控車床精工精度高，工作效率快且經濟，所以現在數控機床受到越來越多的企業的認可，其也成為機械加工中不可缺少的加工方式。在螺紋加工中如果出現故障需要迅速判斷出故障位置，并根據故障點排除螺紋加工故障點采取相應的解決辦法。對于常見幾類螺紋加工故障，應當依照如下思路予以解決。當出現故障時應先對車床內部主軸的編碼器和床內部的驅動器進行排查，機械性的傳動鏈也是需要首先檢查的。在具體排查問題故障時應該按照先查機械后檢電氣，從簡單到復雜的順序進行檢查，最后判斷出故障發生原因。

如果知道轉數改變前和改變后的牙距就可以解決“亂扣”現象。設單位響應時間為t，螺距為P，改變前轉速為S1，改變后轉速為S2，已知t其內角轉角為R1=S1t/60（轉），R2=S2t/60（轉），其轉角差R=R2-R1，由于螺距P是我們已知的數值，因此得出公式：牙距差ΔZ=P（S2-S1）t/60。由此式可知，只要知道所加工的螺紋P和t就可以求出牙距差，只要知道牙距差，并對其進行補償就可以避免“亂扣”現象。如圖1所示。

通過數控車CTX510對公式進行實際檢驗，首先測試出CTX510的系統響應時間t，在實驗工件上車一個螺距6mm、深0.2mm的螺旋線采用G33的循環螺紋切削方法，再用相同的程序把轉數提高到100r/min后再讓數控機械再執行。讓其形成亂扣的螺紋線在實驗工件上，用卡尺測出兩條螺旋線之間的間距值ΔZ，此時便可以求出響應時間t（帶入此公式ΔZ=P（S2-S1）t/60），把系統響應時間t代入公式就求出此機床的補償牙距差ΔZ。通過反復測試，轉變速度只要符合20～800r/min的轉數范圍內，都可以在加工螺紋時對牙距差ΔZ進行補償。ΔZ可分為正負兩種數值，正值時，Z軸補償向負向補償;負值時，Z軸補償向正向補償。特別要注意的是，數控機床的是由不同廠家生產的，且每個機床本身不同，其響應時間也是不同的，要想任意改變轉速來加工螺紋原件必須采用上述方法來測試每臺機械的單位響應時間t。

編程操作也會影響螺紋加工讓其出現偏差，產生誤差的原因主要體現在安裝車刀上。如果編程人員在編程時出現錯誤，并對其進行錯誤操作是會影響加工螺紋的后期參數值，數控機床控制器會根據錯誤的參數值發出錯誤的指令。假如在安裝車刀時候沒有按標準指標安裝，就會出現誤差，則會導致零件軸線與車刀中心線出現錯位而不能使其保持垂直。為了避免出現較大誤差，安裝人員在安裝刀具時一定要保證零件與刀具處在同樣的中心線上，保證垂直度符合位置安裝指標。提高綜合編程水平可從根源上避免故障的發生。作為編程操作人員，要嚴格遵守編程的操作流程，并努力提升自身的綜合工藝水平，這樣才能在最大限度內杜絕編程誤差以及螺紋加工故障。

3 ?結語

使用數控機床加工螺紋時想變化其主軸轉速且范圍大，這時可采用螺紋牙距補償公式Δz=p（s2-s1）t/60可以任意改變轉速和切削參數，也可以隨時修調螺紋，這樣就可以修調切削了大大的提高了加工的質量。此外，還解決了螺紋加工件重新上機床的返修的加工難題，采用在工件重上機床后，先使用幾十轉低速再高速先校正螺紋刀進行進行螺紋切削的方法。這樣就有了普通機床加工螺紋的優勢。也是在數控車床加工螺紋時使用的一種簡單實用的方法。

機械制造的核心部分是數控加工，其也包含著很多工藝要點。企業們經常采用用數控加工進行切削等操作在機械制造領域，目前就現狀來說，采用數控機床加工螺紋零件時，經常會出現零件出現質量問題。所以經常容易出現的故障操作人員要了解并注意，如果出現故障可以立馬找到根源排除故障。

參考文獻：

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