數控車床分層加工金屬零件端面矩形螺紋

王 歡

（東莞聯合高級技工學校，廣東 東莞 523008）

數控車床是現代科學技術發展的一個象征，是集計算機數控裝置、伺服系統、檢測反饋系統、機床本體等機構組成，普通車床加工端面矩形螺紋需要特殊的裝置和配掛輪或在專用機床上加工，而在數控車床上加工只需要磨好合理的刀具角度，編制好加工程序，就能在數控機床上加工，而且加工出得螺紋精度高，表面粗糙度值小。

如圖1所示金屬零件的端面矩形螺紋，端面矩形螺紋導程為8，螺紋牙高為5mm，牙底寬為4mm，加工難度比較大。由于車刀（刀寬取3mm）刀頭較寬，切削面積接觸大，低速加工切削力非常大，而且是中拖板走刀來完成加工，剛性不足，加工過程不易觀察和控制，容易導致扎刀和振動，加工精度達不到要求。加工時間為10～15分鐘一件，一把刀具只能加工2～3件工件就報廢了。

圖1 端面矩形螺紋

在實際加工中，經過反復多次的加工測試和論證，使用分層切削法加工端面矩形螺紋，采用高速加工，選用硬質合金刀具。加工時間不到三分鐘加工一件，一把刀具至少能夠加工零件20件以上。加工效果良好，效率高，現將加工方法介紹如下。

1 加工工藝分析

在數控車床上，加工端面矩形螺紋（本文著重于加工端面矩形螺紋，零件上其它尺寸加工不再贅述）。車削端面矩形螺紋時，不能使用螺紋切削指令G92，也不能使用螺紋切削復合循環指令G76來加工，只能使用螺紋切削指令G32來進行直進法。為防止扎刀和振刀，要求在加工端面矩形螺紋時，切削力不能太大，刀具不能同時三面切削；為保證端面矩形螺紋的精度，需要使用粗、精加工。而使用螺紋切削指令G32 和調用子程序，采用左右分層切削加工方法，大大減少了切削力，增強了粗車刀的使用壽命，有效地保護刀具，消除振動，效果良好。

矩形螺紋也稱為方牙螺紋，是一種非標準螺紋。傳動效率高，但對中精度低，牙根強度弱。在零件上的標記為“矩形公稱直徑X螺距”例如：矩形200X8。

2 刀具的設計

車螺紋時應配備一把粗車刀，粗車刀刀寬為3mm。一把精車刀，刀寬為2.5mm。端面矩形螺紋車刀與端面車槽刀的形狀相似，但為了加強刀具的剛性和強度，保證螺紋升角的前提，設計了如下的端面矩形螺紋車刀。

根據車削端面矩形螺紋的條件，首先計算出螺旋角，以便能正確刃磨刀具的幾何角度。車削端面矩形螺紋時，車刀相對工件的運動軌跡是一條阿基米德螺旋線。由于切削直徑的改變，端面矩形螺紋車刀的工作后角也在不斷地變化著。這時，車刀順著走刀方向側刃處的后面極容易和端面矩形螺紋牙型的側面相碰(即在圖1中端面矩形螺紋的最大直徑處)。為了防止這種不良情況出現，車刀刀頭就要像圖中那樣,順應牙型軌跡進行刃磨，這樣刀具的剛性更好，比平時用的刀具更耐用，從而大大提高了車刀的使用率，增強車刀的使用壽命，節約成本。

車削端面矩形螺紋,最里端處的螺紋升角(λmax)最大，最外端處的螺紋升角(λmin)最小。端面矩形螺紋車刀刃磨后角一般取：順走刀方向的刃磨后角為（2°～4°）-λmax；背走刀方向的刃磨后角為（2°～4°）=λmin。λmax和λmin用下式計算：

tanλmax=Px/πd小。

tanλmin=Px/πd大。

式中：Px ——端面矩形螺紋導程（mm）。

d小——端面矩形螺紋的最小直徑。

d大——端面矩形螺紋的最大直徑。

粗車刀為了便于排屑，刀具不易損壞，前角取10°，副偏角取2°，副后角（如圖2所示），在不影響螺紋加工的情況下，刀頭刃磨出與螺紋旋向一致的圓弧，加強刀具強度和剛性，有效地消除振動。

圖2 刀具幾何形狀

精車刀為了使矩形螺紋兩側面能達到直線度，副偏角取0°，前面選擇了在主切削刃和兩副切削刃上刃磨出斷屑槽，使刀具更加鋒利，利于排出切屑，更好的保證加工的精度。

3 切削參數的選擇

分層切削參數的選擇非常關鍵，切削過程中切削力很大，容易扎刀和振動，如果單純地減小切削力是很容易的，只要全面減小切削用量就能實現，但那會降低生產效率，不符合實際。在不影響生產效率或者是在提高生產效率的前提下減小切削力，這才是目的。我們不能違反客觀規律去盲目地提高或降低切削參數，但可以利用切削規律和工作的客觀狀態在某些方面做出讓步，在另一方面大膽突破，最后達到順利、高效、穩定的切削。

3.1 如何合理地選擇切削參數

3.1.1 切削深度

切削時由于切削接觸面積較大，刀體比較薄弱，很容易被夾死，甚至折斷。切削深度不宜過大，ap取0.2～0.4mm,本人選擇了中值，取0.3mm。

3.1.2 切削速度

由于刀具材料是硬質合金材料，車速可以選擇較高，但從切削力與切削速度的關系知道，當切削速度超過80～100m/min時，切削力將接近最小。實際加工中我選定的切削速度為120m/min，既提高了效率，又使刀具磨損較慢。

3.2 分層切削數據（如圖3）

圖3 分層切削數據

數據計算是本加工方法的重要部分，直接關系到加工點的編程，需要準確細致的計算。粗加工使用了分層切削加工，單邊和底部各留0.2mm余量。再使用精加工，進行修正兩側邊和底面，使其達到精度要求。

端面矩形螺紋基本參數的計算：

螺紋槽寬f=4mm。

牙高h=5mm。

根據以上端面矩形螺紋的基本參數，可分為16層切削，每層分別為0.3mm。由于螺紋底徑處牙槽寬為4mm，為便于計算和刃磨車刀，取刀尖寬度為3mm。

4 程序編制

為了方便對刀和編制程序，將程序原點設定在工件的右側端面中心上，分層切削程序：

O0001；主程序號。

G0 X250 Z100；定位到X250 Z100的位置（換刀點）。

M03 S200 T0101；設定刀具號及刀具補償號、轉速及轉向。

G0 X208 Z4 M08。

Z-0.3；設定螺紋切削起始點A。

M98 P160002；調用O0002子程序16次。

G0 Z4.0。

X250 Z100 M09；快速回到換刀點。

T0100 M05；轉速停止取消刀補。

M30；程序結束返回程序號。

%

O0002；子程序號。

G32 X86 F8；螺紋切削指令G32、終點坐標值和螺距為8mm。

G0 W4.0。

X208；分層切削的起刀點。

U0.8 W-4；確定每次切削的位置，每次進刀w0.3至B點。

G32 X86 F8；螺紋切削指令G32、螺距為8mm及終點坐標值。

G0 W4.0。

X208。

W-4.3。

M99；子程序結束。

%

5 結論

本人在該零件的加工中，經過對圖紙的詳細分析，多次的試加工，反復觀察研究，制定出了這套加工工藝。通過這次的車削加工，解決了加工端面螺紋的難度，取得了良好的效果。在此對在數控車上加工端面矩形螺紋，應注意以下工藝要點：

（1）減小切削力。

（2）采用左右分層切削，防止扎刀。

（3）刀具要刃磨鋒利，剛性要達到要求，應順應牙型軌跡進行刃磨。

（4）合理選擇切削用量，提高加工效率。

經過實際應用表明，這種分層切削端面矩形螺紋的方法經濟實用，程序簡潔，容易掌握，能滿足生產使用要求，取得比較理想的效果，特別是加工效率明顯，降低了成本。