淺談常規(guī)刀具加工異形角度螺紋的方法

程沛秀

摘要：本文以在普通型數(shù)控車(chē)床上加工異形角度螺紋為例，闡述使用常規(guī)刀具在華中數(shù)控世紀(jì)星HNC-22T系統(tǒng)中加工異形角度螺紋的方法。本文核心在于將加工異形角度螺紋加工所需的專(zhuān)用刀具改為常規(guī)刀具，以60°梯形螺紋加工為例，編制通用程序，加工類(lèi)似的非標(biāo)螺紋，加工效率高。

關(guān)鍵詞：異形角度螺紋;加工工藝;變量關(guān)系;宏程序

0 ?引言

在機(jī)械產(chǎn)品中，螺紋的運(yùn)用非常廣泛，但隨著機(jī)械結(jié)構(gòu)功能的不斷改進(jìn)，對(duì)零件的結(jié)構(gòu)也提出了很高的要求。異形表面螺紋主要包括45°梯形螺紋、變導(dǎo)程螺紋、鋸齒形螺紋、滾珠絲桿、變導(dǎo)程滾珠絲桿和圓弧表面螺紋等，此類(lèi)螺紋加工難度較大，存在加工效率低、加工精度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大等現(xiàn)象，且經(jīng)常出現(xiàn)廢品，加工方法不利于推廣應(yīng)用。異形角度螺紋在一些行業(yè)中有特殊的應(yīng)用范圍和特別的技術(shù)參數(shù)要求，常見(jiàn)的有60°梯形螺紋。本文是在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床上利用常規(guī)數(shù)控刀具，通過(guò)采用宏程序的編程方法和加工工藝來(lái)加工梯形螺紋，分析介紹宏程序編程加工方法的方便、靈活、快捷等特點(diǎn)及工藝優(yōu)越性，避免螺紋加工中的扎刀、螺紋變形、加工困難等現(xiàn)象。

1 ?異形角度螺紋

使用CAD/CAM進(jìn)行45°梯形螺紋的自動(dòng)編程，所編程序是逐點(diǎn)計(jì)算加工路徑，程序篇幅太長(zhǎng)，占用內(nèi)存大，會(huì)出現(xiàn)普通數(shù)控機(jī)床內(nèi)存不足，且加工時(shí)機(jī)床運(yùn)行時(shí)間太長(zhǎng)，不能靈活調(diào)整。采用機(jī)床原有的G代碼加工，如G76、G82，由于分別是采用斜進(jìn)法和直進(jìn)法，到最后部分，刀具總的接觸面積大，就會(huì)造成扎刀或者震動(dòng)，影響螺紋的加工質(zhì)量和加工速度[1]。

利用螺紋角度函數(shù)關(guān)系式進(jìn)行宏程序編制，改變宏程序的關(guān)系式來(lái)改變進(jìn)刀加工的參數(shù)變化，從而實(shí)現(xiàn)快速編程和快捷加工[2]。為突破異形角度螺紋加工的技術(shù)難點(diǎn)，文中編寫(xiě)了一個(gè)適合于各種角度螺紋加工的宏程序，通過(guò)宏程序解決了該加工難點(diǎn)。本文就以加工單頭60°梯形螺紋，如圖1所示，闡述使用常規(guī)刀具在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床華中數(shù)控世紀(jì)星HNC-22T系統(tǒng)中加工60°梯形螺紋的方法，并以此推及其它任意角度的非標(biāo)梯形螺紋的加工方法。

2 ?加工工藝分析

2.1 圖紙解讀

圖1中的螺紋軸零件上存在異形角度螺紋，加工的重點(diǎn)和難點(diǎn)就是60°梯形螺紋，該異形角度螺紋的螺距為10mm，牙頂寬為2.7m，牙底寬為3.5mm，牙高為3mm。該異形角度螺紋為非標(biāo)梯形螺紋，選用常規(guī)螺紋加工指令無(wú)法完成加工，也沒(méi)有此類(lèi)成型刀具可以選用。

2.2 加工刀具選擇

本文選擇常規(guī)數(shù)控刀具35°外圓右偏刀或35°對(duì)稱(chēng)刀，如圖2所示。作為加工螺紋的刀具，但必須保證加工螺紋的刀具在車(chē)削中與工件不存在干涉。這兩種刀具均為數(shù)控車(chē)削加工中的常規(guī)刀具。

2.3 加工方法

常見(jiàn)的螺紋加工方法有直進(jìn)法、斜進(jìn)法、車(chē)直槽法、車(chē)階梯槽法、左右車(chē)削法、分層切削法等。對(duì)于大螺距（P≥7）梯形螺紋，大多使用分層切削法、車(chē)階梯槽法、車(chē)直槽法、左右車(chē)削法等幾種方法進(jìn)行加工，其中分層切削法使用較廣，是企業(yè)中應(yīng)用最廣泛應(yīng)用的一種切削方法，具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[3]。

本文中的螺紋采用35°外圓右偏刀或35°對(duì)稱(chēng)刀進(jìn)行中刀加工，采用“一層多刀”分層切削法，如圖3所示，從槽寬和槽深兩個(gè)方向分層加工，即從X方向分多層和Z方向分多段的多次加工方式完成螺紋加工。X方向以螺紋的總切深作為轉(zhuǎn)移條件，實(shí)現(xiàn)螺紋深度方向的分層加工。加工完一層螺紋槽，切深方向進(jìn)刀一層，直至達(dá)到螺紋總切深。Z方向以同一切深層上整個(gè)切削槽寬為轉(zhuǎn)移條件，實(shí)現(xiàn)同一切深層的螺紋槽加工。Z方向移動(dòng)到不同的螺紋槽起刀點(diǎn)，通過(guò)宏程序在同一切深層進(jìn)行計(jì)算，得到該層的螺紋槽寬，然后再進(jìn)行多次進(jìn)刀切削，直至達(dá)到螺紋總槽寬。如在加工的最后出現(xiàn)進(jìn)刀總寬度大于本層槽寬，則直接取槽寬為進(jìn)刀寬度。通過(guò)X方向分多層和Z方向分多段的兩個(gè)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)異形角度螺紋的加工。異形角度螺紋程序編制時(shí)，先利用梯形螺紋的函數(shù)關(guān)系表達(dá)Z坐標(biāo)與螺紋深度的關(guān)系，然后再用G32指令進(jìn)行程序編制，以螺紋刀尖R的中心軌跡進(jìn)行編程，編程的關(guān)鍵在于找準(zhǔn)每次Z向下刀點(diǎn)。異形角度螺紋加工時(shí)，在起刀點(diǎn)位置和結(jié)束點(diǎn)位置應(yīng)該給予螺紋升速及降速的距離，在螺紋切削進(jìn)刀端與退刀端須考慮螺紋升速與降速段。利用宏變量，各分層參數(shù)可自由指定和快速調(diào)整，配以宏循環(huán)指令可以很方便實(shí)現(xiàn)大螺距異形角度螺紋的加工[4]。

從圖3可以看出，切深進(jìn)刀每層進(jìn)刀深度為0.5mm，總切深3mm需要六次進(jìn)刀完成。同一切深層z向每次進(jìn)刀為0.4mm，直至切削該層槽寬。螺紋槽兩側(cè)預(yù)留0.2mm余量進(jìn)行精加工，螺紋槽底預(yù)留0.1mm余量進(jìn)行精加工，以此保證螺紋槽兩側(cè)及槽底的表面粗糙度。

3 ?加工程序編寫(xiě)

本程序采用的是通用35°外圓左向橫柄車(chē)刀（刃長(zhǎng)16，主偏角93度，刀尖半徑R0.4）進(jìn)行編程，此程序的優(yōu)點(diǎn)是通用性強(qiáng)，當(dāng)異性角度螺紋的角度改變時(shí)，只需要在程序中改變牙形角的長(zhǎng)度距離參數(shù)即可。

3.1 加工參數(shù)變量及計(jì)算關(guān)系

加工螺紋兩側(cè)參數(shù)變量及計(jì)算關(guān)系如表1所示。

精加工螺紋底徑加工參數(shù)變量及計(jì)算關(guān)系如表2所示。

3.2 加工程序

在加工60°梯形螺紋時(shí)，由于梯形螺紋螺距較大，所以加工時(shí)主軸轉(zhuǎn)速不宜過(guò)高（一般主軸轉(zhuǎn)速取S200～S250轉(zhuǎn)/分）。另外，加工過(guò)程中要保證切削液充足，并要注意精加工刀具與粗加工刀具Z向?qū)Φ兑欢ㄒ诠ぜ鞯耐欢嗣?，避免發(fā)生亂牙現(xiàn)象。（圖4）

4 ?結(jié)束語(yǔ)

本文在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床上使用數(shù)控加工通用的35°外圓右偏刀或35°對(duì)稱(chēng)刀來(lái)加工60°梯形螺紋，突破此種異形角度螺紋加工的技術(shù)難點(diǎn)，通過(guò)采用“一層多刀”分層切削法實(shí)現(xiàn)了異形角度螺紋的加工。文中利用螺紋角度函數(shù)關(guān)系式進(jìn)行宏程序編制，通過(guò)改變宏程序的關(guān)系式來(lái)改變進(jìn)刀加工的參數(shù)變化，從而實(shí)現(xiàn)快速編程和快捷加工。編制了通用程序，運(yùn)用宏程序分層加工梯形螺紋，這種易懂、易掌握的異形角度螺紋方法，加工效率高，在實(shí)踐教學(xué)和生產(chǎn)中取得較好的加工效果。對(duì)于類(lèi)似的非標(biāo)螺紋加工，具備一定借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

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[3]康徐紅.大螺距異形內(nèi)螺紋高效加工的研究與時(shí)間[J].煤礦機(jī)械，2015，04：162-164.

[4]徐冰川.淺談異形螺紋的編程與加工[J].科技信息，2012，24：336-337.