普車加工梯形螺紋的方法改進

何龍

【關鍵詞】普通車床 梯形螺紋 刀具 加工參數 改進

1. 引言

本人是一名高職學校的車工實訓教師，在教學過程中發現學生在加工梯形螺紋時容易存在以下幾個問題：（1）加工工時長;（2）刀具磨損嚴重，經常出現扎刀現象;（3）加工過程中，切削力較大引起車刀振動，造成螺紋兩側面有振紋;（4）不能更好地控制加工精度，致使工件報廢。所以本文針對梯形螺紋在中高職的車工技能實訓中存在著加工精度和刀具穩定性方面的原因，導致螺紋加工精度低致使螺紋配合質量差的問題。結合國內外梯形螺紋的車削加工現狀進行研究和對刀具結構進行改進。從而提高學生的技能，為社會制造出更好的產品，改善人們的生活質量，然后更好的為社會服務。職業技術學校的學生都迫切渴望能擁有一門技術，并希望能通過一門技術來實現自己的人生價值。

2. 普通車床加工梯形螺紋的探究分析

傳統的加工方法主要有：斜進法和左右車削法，適合較大導程螺紋的粗加工;直進法只適合小螺距螺紋加工;車階梯槽法和車直槽法適合較大導程螺紋的粗精加工，但是加工過程需要把兩把以上的刀具，并且需要進行繁瑣的計算，很可能出現失誤，導致零件報廢。

已有的螺紋車削研究還主要是針對于高速車削條件下的加工方法，由于梯形螺桿加工通常采用低轉速、大進給的切削加工方式，刀具角度又相對比較成熟，因此需要針對梯形螺桿刀具材料和結構、加工參數的設計，進行探討，來提高加工效率和表面質量。

3. 刀具材料和刀具結構的改進

3.1 刀具材料改進

俗話說“七分刀具，三分手藝”，刀具對于加工的意義不言而喻。以往的加工梯形螺紋刀具材料主要采用高速鋼W18Cr4V，這種材料的特點是：可磨性好，適合低轉速，加工表面質量高但是加工效率低，而且刀具耐磨性差，熱塑性不好。而涂層硬質合金材料在數控車床上加工梯形螺紋應用較廣，其具有：適合中高轉速、表面質量一般但是加工效率高，耐磨性能好等特點。所以在刀具材料上，我們可以充分利用這兩種刀具的優點。粗加工過程中選用硬質合金刀具，精加工過程選用高速鋼刀具。

這樣的結合使用刀具，既可以保證加工表面的質量也可以提高加工效率。在一些學校我還見到有采用硬質合金刀具進行粗精加工，精加工過程利用離合來控制車床的低轉速。但是這種加工方式很難保證表面質量，原因與機床間隙有很大關系，由于實際生產和比賽過程中必須提高合格率，雖然加工速度提高了，但是合格率很難把握，所以這種加工方法不是很可靠。

3.2 刀具結構的改進

由于梯形螺紋的切削力相對較大，導致切削過程中存在刀頭竄動，直進法切削過程中，車刀三面切削致使加工表面存在振紋，加工精度低。所以針對這一問題，對刀具結構進行改進。主要是高速鋼刀具的刀具結構改進，因為數控刀具的結構相對比較成熟，穩定性又好。高速鋼刀具的改進主要考慮兩方面，一是刀頭的裝夾穩定性，二是降低車削過程中的振動。所以刀柄上面固定螺釘盡量的加粗，增大刀頭與刀柄的接觸面積，來增加刀頭的裝夾穩定性。同時彈性刀桿上開了一個減震的彈簧圈，大大的降低了加工過程中產生的振動。

4. 加工參數的設計

4.1 加工方法

車削梯形螺紋常用的方法如下：

（1）直進法

螺距小于4mm 且精度要求不高的工件，可用一把梯形螺紋刀加工，即每一刀都在橫向進給，至牙底。此方法加工時，螺紋車刀的三個切削刃同時參與切削，導致加工排屑困難，切削力和切削熱增加，刀頭磨損相對嚴重，容易產生“扎刀”現象，因此不合適大螺距螺紋加工。

（2）斜進法

螺紋車刀沿牙型一側方向斜向進刀，至牙底，此方法加工時，車刀始終只有一個側刃切削，排屑較順利，車刀受熱和受力情況有所改進，不易產生“扎刀”現象。

（3）左右切削法

用梯形螺紋車刀采用左右切削法加工兩側面，每側留0.1 ～ 0.2mm 的精加工余量，并車至螺紋小徑，螺紋車刀分別沿左、右牙型的方向進刀，直至牙底。這種方法與斜進法類似，利用此方法時車刀的兩刃都參與切削。

綜上分析：粗加工采用硬質合金車刀，直進法;精加工采用高速鋼車刀，左右車削法。

4.2 加工參數設計

通過多年的加工實踐總結并設計出一套簡單又高效的加工梯形螺紋的參數，下面以Tr40×6 為例介紹。

（1）梯形螺紋Tr40×6 的幾何尺寸計算

梯形螺紋的計算式及其參數值：

牙頂間隙ac=0.5mm

大徑（公稱直徑）d=40mm

中徑d2=d-0.5p=37mm

小徑d3=d-2h=40-2×（0.5×6+0.5）=33mm

牙高h3=0.5p+ac=3.5mm

牙頂寬a=0.366p=2.196mm

牙槽底寬w=0.366p-0.536ac=1.928mm

牙頂槽寬a1=6-2.196=3.804mm

由以上計算可知：螺紋的牙高為3.5mm、牙頂寬為2.2mm、牙槽頂寬為4.8mm，采用硬質合金的數控刀具車削，直進法。粗加工每次進給深度的參數為0.5mm，0.25mm，0.2mm，0.15mm，0.15mm，0.15mm，0.1mm，0.1mm，0.1mm，慢慢遞減直到3.4mm，留0.1mm 的精車余量。機床的轉速在120-150r/min 左右，這樣有利于操作者的控制及保證設備的安全。由于是數控成型刀頭，車刀的刀頭寬度都是定值，車出的牙槽底寬也都是定值，然后采用左右借刀法（下面詳細介紹），確保牙槽頂寬，左右分別留出余量0.2mm 為精車做準備。

下面詳細介紹下左右借刀法：用游標卡尺測量牙頂寬，將測量所得的牙頂寬值減去理論牙頂寬值（W=2.196 ≈ 2.2），再減去兩側所留的精車余量（0.2 ～ 0.3 左右，精車余量由兩側面的表面質量來定，表面質量比較好時取0.2mm，表面比較粗糙時取0.3mm），也就是借刀的余量，將這個值除以2，就是每側借刀的量。例如：現測得牙頂寬為4.2mm，則向左側借刀量為[（4.2 - 2.2）- 0.3]/2=0.85mm。當切削深度為3mm，向左借刀量為0.85mm 加工時，梯形螺紋刀一個左側刃及主切削刃，兩條切削刃在受力，切削力不大。車完左側，將小滑板先退后進（消除空行程）對應地在零線右邊借刀0.85mm 車另一側（也可分兩至三刀將借刀量0.85mm車完）。

精車采用高速鋼車刀。轉速28r/min，精車槽底至尺寸，左右趕刀精車槽的兩側，確保螺紋中徑尺寸達標。

5. 螺紋精度的控制

5.1 正確調整機床

（1）為了提高螺紋精度可以挑選精度較高、磨損較少的車床加工。也可用專用絲桿車床加工精度要求很高的絲桿。

（2）調整車床各部分的間隙，如各個滑板塞鐵的配合間隙，開合螺母的燕尾導軌的配合間隙，更要減小機床主軸的軸向竄動、徑向跳動和絲杠的軸向竄動。

5.2 正確刃磨和裝夾刀具

（1）刀具刀尖角的刃磨與測量。螺紋車刀的刀尖角大小決定了螺紋的牙型角大小，直接影響著螺紋的精度。由于牙型角對刀尖角的限制并且刀尖處的面積又比較小，所以刃磨起來比較困難。為了保證刀尖角的準確度，在刃磨時需用角度樣板反復校對。

（2）兩側刃后角的變化及解決方法。車削時，由于受到螺紋升角的影響，螺紋車刀的側刃實際后角發生了變化。沿走刀方向那一面的后角等于車刀的刃磨后角減去螺紋升角，另一面的后角則要加上螺紋升角。針對以上特點，可采用一種能轉動車刀角度的彈性刀架，可以減少車削時的振動以及扎刀現象，但因使用時刀塊需要轉動一定的角度，使得兩側刃高低不等，對螺紋牙型角有影響，故該方法只適用于粗加工。

（3）刀具安裝對螺紋精度的影響。螺紋車刀的安裝對螺紋精度也會產生一定的影響，如果車刀裝不正則會導致螺紋半角產生誤差。安裝車刀時沒有對準中心高，則會導致螺紋牙型角產生誤差，針對這一問題，可以采用螺紋角度樣板來校對刀，以保證螺紋車刀尖角的中心線與螺紋工件的軸線垂直。在使用砂輪刃磨車刀的刀尖角時，確保刀尖角關于車刀的中心線對稱，在裝刀時，用百分表校正車刀左側非刃磨部分的直線度，即可有效地控制裝刀偏差。

5.3 中徑M 值的控制

梯形螺紋的測量主要是測量螺紋大徑、牙型角和中徑。前兩者比較簡單，在此就不詳細說明，對于中徑的測量我們采用的方法是：三針測量中徑M 值。

在精加工過程中如何控制好M 值是關鍵，它能大大提高我們加工螺紋的效率和準確度，因此需要我們在平時研究出左右趕刀過程中，小滑板的進給的數值和中徑M 值之間的關系。經過反復的實驗測試我們找到他們倆之間的關系。他們的進給比例為小滑板趕一格0.05mm，中徑M 值減小0.15mm左右。按照這個關系，我們在控制中徑M 值上會更有把握，從而更好的控制梯形螺紋的加工精度。

6. 結論

在普通車床上加工梯形螺紋時，傳統的加工方法存在較大的技術漏洞，難以保證車削加工的精準度，亟需進行技術改良。因此，在實際應用過程中，為提升車削加工效率和精度，應該注重刀具的選擇，同時優化加工方法，提升操作者的整體素養。加強新技術的學習與推廣，應該及時補充新工藝、新方法。