不銹鋼細長桿梯形螺紋的車削工藝及宏編程技術

劉振超，葉 燕

（柳州鐵道職業技術學院，廣西 柳州545007）

1 不銹鋼細長桿梯形螺紋加工的難題

如圖1所示閥桿，閥桿材料為0.82Cr/13，閥桿上有一段長為156 mm的梯形螺紋Tr24×5-8e需要加工，該梯形螺紋表面粗糙度要求為Ra0.8。

圖1 閥桿

該閥桿為細長桿，長徑比約為15.6，剛性較差，加工過程中很容易產生彎曲變形，致使形位精度降低；不銹鋼材質硬度高，塑性大，韌性強，導熱性差，因此加工過程中變形較大，即加工性差；梯形螺紋的螺旋槽比較深，車削螺紋時會產生較大切削力，易損壞刀具以及容易出現扎刀等問題，當三者疊加在一起時加工難度就更大了[1]。

2 不銹鋼細長桿梯形螺紋加工的工藝措施

2.1 車刀材料的選擇

針對不銹鋼加工性差的特點，可以選擇鎢鈷類硬質合金車刀或者鎢鈷鈦類硬質合金車刀。鎢鈷類（YG類）硬質合金車刀具有韌性好、耐磨、耐高溫、刃磨性好的特點，且抗粘結性和導熱性能均比較優越，例如可選擇YG8材料；鎢鈷鈦類（YW類）硬質合金車刀，則具有較高耐磨性和紅硬性、抗氧化性，可選擇YW1、YW2等材料，但價格較貴。

2.2 車刀角度的選擇

（1）前角 γp和刀尖角 εr的選擇

車削螺紋時，螺紋車刀的前角大小會影響到螺紋的牙型角，如圖2所示。有前角（γp的螺紋車刀車出的螺紋牙型角（α會大于車刀的刀尖角，前角越大，牙型角誤差也越大。

圖2 螺紋車刀前角對牙形角的影響

在加工不銹鋼材料時，如果選擇前角γp=0°的車刀，其切削性很差，會出現振刀現象，刀具很容易損壞。車削不銹鋼材料時，其切屑呈帶狀，切削力集中，應選擇較大的前角，經試驗，選擇前角γp=12°。

為了保證螺紋牙型角準確，同時也應對車刀刀尖角進行修正。螺紋車刀的刀尖角εr是指車刀兩刀刃在基面上投影之間的夾角。當車刀的前角γp=0°時，兩刀刃之間的夾角等于刀尖角；當車刀的前角γp>0°時，兩刀刃之間的夾角小于刀尖角。為了車削出較正確的牙型角，應當對兩刀刃之間的夾角進行修正。根據經驗，若車刀前角γp≤ 12°時，車刀刀尖角εr值可按近似公式εr=α·cosγp計算，其中α為梯形螺紋的牙型角（°）。

車削 Tr24×5-8e梯形螺紋時，由于 α =30°，γp=12°，所以

刀尖角 εr=30°× cos12°=29.55°=29°33'

（2）車刀后角（徑向后角）的選擇

后角的作用主要是減少車刀后面與工件已加工表面之間的摩擦。高速切削時，為提高生產率，可采用較小的后角。加工Tr24×5-8e不銹鋼梯形螺紋時車刀的后角取αp=4°左右。

（3）車刀側刃后角的選擇

由于車刀相對工件的運動是螺旋運動，車削螺紋時，切削平面相應回轉了一個螺旋升角φ，如圖3所示。因此車刀切削時的實際后角隨著螺旋升角φ的改變而發生了變化。

圖3 螺旋升角φ對實際后角的影響

順走刀方向的側刃后角 αfL=（3°～ 5°）+ φ；背走刀方向的側刃后角 αfR=（3°～5°）-φ 或取0°。

加工 Tr24×5-8e梯形螺紋時，φ =18.24°×=4.241 86°＝ 4°15'，αfL=（3°～ 5°） + φ =7°15'～ 9°15'；

αfR=（3°～5°）- φ =-1°15'～ 0°45'。為刃磨刀方便，可取 αfR=0°。

2.3 切削法的選擇

梯形螺紋由于螺旋槽較深，切削力較大，易產生扎刀現象，如何降低刀具受力成為車削成功的關鍵[2]。根據梯形螺紋的基本牙型，可采用直線進刀分層切削法，即將加工余量分為n層，切削完一層后，再切第二層，即便是螺旋槽很深，而每次作用在刀具上的切削力并不大，可有效解決車削大螺距螺紋時刀具受力過大的問題。為保證牙型表面質量，徑向進刀量應逐漸減小。由于梯形螺紋螺距大，要向左或向右趕刀，才能把一層的余量切削完畢。

3 螺紋加工的宏編程

通過用宏編程技術與單一固定循環螺紋切削指令G92結合，可精確控制刀具每次車削螺紋起刀點的位置和切削深度，減小了作用在刀具上的切削力，當切削深度到達終點后，可控制刀具只車削螺旋槽側面，直至中徑尺寸符合要求[3]。

3.1 參數計算

根據梯形螺紋的參數計算公式計算，Tr24×5-8e螺紋的參數如表1所示。

表1 Tr24x5-8e螺紋的參數

相關計算

牙型高h=0.5P+ac=3 mm；螺紋小徑=d-2h=18 mm；牙槽底寬w=0.366P-0.536ac=1.562 mm

牙槽頂寬V=W+2h×Tan（α/2）=3.170 mm 。設刀頭寬刃磨為1.2 mm；切削深度ap=0.5 mm。

3.2 編程

O0001；

G0X100Z100；定位到換刀點；

M3S300 T0101；啟動主軸，轉速300r/min，換梯形螺紋車刀；

M8；開啟冷卻液；

G0X100Z50；快速定位至加工循環起始點；

#1=36；螺紋大徑賦值；

#2=0.5；徑向單邊切深初始值

#3=1.2；刀頭寬賦值。一般為牙槽底寬的2/3，這里取1.2 mm。

#4=3.170；牙槽頂寬賦值；

N10#5=#1-2*#2；每層進刀后直徑；

#6=#2*TAN[15]；軸向進刀量；

#7=#4-#3-#6；每層軸向切削余量

#8=3牙型高h

G0X40Z[10+#6+0.1]；每層左側第一刀起點并留軸向余量0.1 mm；

G92X#5Z-140F5；車削牙槽左側第一刀；

N20#6=#6+0.8；軸向讓刀量遞進

IF[#6GE#7]THEN#6=#7；軸向進刀量≥軸向切削余量時，取軸向進刀量=軸向切削余量；

G0X40Z[10+#6-0.1]；快速定位至循環起點；牙型右側留0.1 mm余量；

G92X#5Z-140F5；車削牙槽右側；

IF[#6LT#7]GOTO20；軸向進刀量＜軸向切削余量時，轉移至N20語句循環；

IF[#5GE21.5]THEN#9=0.5；（當切削直徑＞21.5時，取 #9=0.5）

IF[#5LE21.5]THEN#9=0.1；（當切削直徑≤21.5時，取 #9=0.1）

#2=#2+#9；徑向進刀遞進；

IF[#2LE#8]GOTO10；徑向進刀總量≤牙型高時，轉移至N10語句循環；

G0X40Z[10+#8*TAN[15]+0.05]；定位到循環起點，牙型左側留0.05 mm余量；

G92X#5Z-140F5；半精車牙槽左側

G0X40Z[10+#8*TAN[15]]；定位到循環起點

G92X#5Z-140F5；精車牙槽左側；

G0X40Z[10+#7-0.05]；定位到循環起點，牙型右側留0.05 mm余量；

G92X#5Z-140F5；半精車牙槽右側

G0X40Z[10+#7]；定位到循環起點

G92X#5Z-140F5；精車牙槽右側；

G0X100Z100M9；退刀，冷卻液關；

M5；主軸停；

M30；程序結束；

4 結束語

梯形螺紋是常見的傳動螺紋，在不同材質、不同長徑比的軸上進行加工，其工藝方法不同，要保證加工質量和效率，必須對其刀具、參數等進行細化研究。本文提供的梯形螺紋加工工藝能保證加工質量，對同類零件加工具有參考意義，其宏編程技術在解決同類型零件的加工編程問題時也有借鑒意義。