淺談數(shù)控車床普通螺紋的加工

1、 淺談數(shù)控車床普通螺紋的加工在數(shù)控車床上可以車削米制、英寸制、模數(shù)和徑節(jié)制四種標(biāo)準(zhǔn)螺紋，無論車削哪一種螺紋，車床主軸與刀具之間必須保持嚴(yán)格的運(yùn)動關(guān)系：即主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)（即工件轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)），刀具應(yīng)均勻地移動一個（工件的）導(dǎo)程的距離。 以下通過對普通螺紋的分析，加強(qiáng)對普通螺紋的了解，以便更好的加工普通螺紋。一、普通螺紋的尺寸分析數(shù)控車床對普通螺紋的加工需要一系列尺寸，普通螺紋加工所需的尺寸計(jì)算分析主要包括以下兩個方面：1、螺紋加工前工件直徑考慮螺紋加工牙型的膨脹量，螺紋加工前工件直徑D/d0.1P，即螺紋大徑減0.1螺距，一般根據(jù)材料變形能力小取比螺紋大徑小0.1到0.5。2、螺紋加工進(jìn)刀量螺紋加進(jìn)刀量

2、可以參考螺紋底徑，即螺紋刀最終進(jìn)刀位置。螺紋小徑為：大徑倍牙高；牙高=0.54P（P為螺距）螺紋加工的進(jìn)刀量應(yīng)不斷減少，具體進(jìn)刀量根據(jù)刀具及工作材料進(jìn)行選擇。二、普通螺紋刀具的裝刀與對刀車刀安裝得過高或過低過高，則吃刀到一定深度時，車刀的后刀面頂住工件，增大摩擦力，甚至把工件頂彎，造成啃刀現(xiàn)象；過低，則切屑不易排出，車刀徑向力的方向是工件中心，加上橫進(jìn)絲杠與螺母間隙過大，致使吃刀深度不斷自動趨向加深，從而把工件抬起，出現(xiàn)啃刀。此時，應(yīng)及時調(diào)整車刀高度，使其刀尖與工件的軸線等高（可利用尾座頂尖對刀）。在粗車和半精車時，刀尖位置比工件的出中心高1D左右（D表示被加工工件直徑）。工件裝夾不牢工件本身

3、的剛性不能承受車削時的切削力，因而產(chǎn)生過大的撓度，改變了車刀與工件的中心高度（工件被抬高了），形成切削深度突增，出現(xiàn)啃刀，此時應(yīng)把工件裝夾牢固，可使用尾座頂尖等，以增加工件剛性。普通螺紋的對刀方法有試切法對刀和對刀儀自動對刀，可以直接用刀具試切對刀，也可以用G50設(shè)置工件零點(diǎn)，用工件移設(shè)置工件零點(diǎn)進(jìn)行對刀。螺紋加工對刀要求不是很高，特別是Z向?qū)Φ稕]有嚴(yán)格的限制，可以根據(jù)編程加工要求而定。三、普通螺紋的編程加工在目前的數(shù)控車床中，螺紋切削一般有三種加工方法：G32直進(jìn)式切削方法、G92直進(jìn)式切削方法和G76斜進(jìn)式切削方法，由于切削方法的不同，編程方法不同，造成加工誤差也不同。我們在操作使用上要仔

4、細(xì)分析，爭取加工出精度高的零件。1、G32直進(jìn)式切削方法，由于兩側(cè)刃同時工作，切削力較大，而且排削困難，因此在切削時，兩切削刃容易磨損。在切削螺距較大的螺紋時，由于切削深度較大，刀刃磨損較快，從而造成螺紋中徑產(chǎn)生誤差；但是其加工的牙形精度較高，因此一般多用于小螺距螺紋加工。由于其刀具移動切削均靠編程來完成，所以加工程序較長；由于刀刃容易磨損，因此加工中要做到勤測量。2、G92直進(jìn)式切削方法簡化了編程，較G32指令提高了效率。3、G76斜進(jìn)式切削方法，由于為單側(cè)刃加工，加工刀刃容易損傷和磨損，使加工的螺紋面不直，刀尖角發(fā)生變化，而造成牙形精度較差。 但由于其為單側(cè)刃工作，刀具負(fù)載較小，排屑容易，

5、并且切削深度為遞減式。因此，此加工方法一般適用于大螺距螺紋加工。由于此加工方法排屑容易，刀刃加工工況較好，在螺紋精度要求不高的情況下，此加工方法更為方便。在加工較高精度螺紋時，可采用兩刀加工完成，既先用G76加工方法進(jìn)行粗車，然后用G32加工方法精車。但要注意刀具起始點(diǎn)要準(zhǔn)確，不然容易亂扣，造成零件報(bào)廢。4、螺紋加工完成后可以通過觀察螺紋牙型判斷螺紋質(zhì)量及時采取措施，當(dāng)螺紋牙頂未尖時，增加刀的切入量反而會使螺紋大徑增大，增大量視材料塑性而定，當(dāng)牙頂已被削尖時增加刀的切入量則大徑成比例減小，根據(jù)這一特點(diǎn)要正確對待螺紋的切入量，防止報(bào)廢。在機(jī)械制造業(yè)中采用數(shù)控車削的方法加工螺紋是目前常用的方法。與

6、普通車削相比，螺紋車削的進(jìn)給速度要高出10倍，螺紋刀片刀尖處的作用力要高 1001000倍，切削速度較快，切削力較大和作用力聚集范圍較窄導(dǎo)致螺紋的加工難度高。筆者通過大量的實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為要從刀具的幾何參數(shù)、切屑液和程序的編輯3個方面來提高數(shù)控車削螺紋的精度。圖1 接頭零件(45鋼)圖2 螺紋車刀圖3 G92直進(jìn)式切削方法圖4 G76斜進(jìn)式切削方法1 實(shí)例分析例如加工圖1所示零件。 1. 選擇合理的刀具幾何參數(shù) 由圖1可知該螺紋屬于細(xì)牙普通螺紋，選擇硬質(zhì)合金三角形外螺紋車刀。螺紋車刀的幾何形狀見圖2。 在螺紋刀的兩個切削刃上磨出寬度為0.20.4mm的倒棱，其g=5°，由于高速切削螺紋的時

7、候?qū)嶋H牙型角會擴(kuò)大，因此刀尖角應(yīng)減小30'，磨成59.5°較好。螺紋車刀前、后刀面的表面粗糙度必須很小，磨刀時一定要正確修整砂輪或用油石精研刀具。在安裝螺紋車刀時要盡量減少伸出長度，防止刀桿剛性不夠，切削時產(chǎn)生振動。螺紋車刀安裝高度也很講究，過高或過低都會出現(xiàn)“扎刀” 現(xiàn)象。過高，則吃刀到一定深度時，后刀面頂住工件，增大摩擦力，造成“扎刀”：過低，則切屑不易排出，從而把工件頂起，出現(xiàn)“扎刀”現(xiàn)象。正確的位置是刀尖位置比工件中心高0.10.3mm。 2. 選擇合適的切削液 車削螺紋時，恰當(dāng)?shù)厥褂们邢饕?，能降低切削時產(chǎn)生的熱量，減少由于溫度升高引起的加工誤差：能在金屬表面形成薄膜

8、，減少刀具與工件的摩擦，并可沖走鐵屑，從而降低工件表面粗糙度值，減少刀具磨損。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，加工一般要求螺紋使用水基切削液就可以達(dá)到要求，如果精度要求高就必須使用油基切削液，如煤油、植物油等。車床的水箱一般都裝水基切削液，那么在加工螺紋時可以使用油槍進(jìn)行手工潤滑就能滿足精度要求。 3. 對編輯的加工程序合理地進(jìn)行工藝處理 我校使用的是廣州數(shù)控系統(tǒng)-GSK980T，該系統(tǒng)螺紋編程指令有G32、G92、G76。其中G32是簡單螺紋切削指令，顯然不適合，G92螺紋切削循環(huán)采用直進(jìn)式進(jìn)刀方式，G76螺紋切削循環(huán)采用斜進(jìn)式進(jìn)刀方式，由于切削方法的不同，編程方法不同，造成加工誤差也不同。在操作使用上要仔細(xì)分析

9、，采用合適的編輯指令才能加工出精度高的零件。 G92和G76的加工誤差分析： a. G92直進(jìn)式切削方法，如圖3所示。由于兩側(cè)刃同時工作，切削力較大，而且排削困難，因此在切削時，兩切削刃容易磨損。在切削螺距較大的螺紋時，由于切削深度較大，刀刃磨損較快，從而造成螺紋中徑產(chǎn)生誤差：但是其加工的牙形精度較高，因此一般多用于小螺距螺紋加工。 b. G76 斜進(jìn)式切削方法，如圖4所示。由于為單側(cè)刃加工，加工刀刃容易損傷和磨損，使加工的螺紋面不直，刀尖角發(fā)生變化，而造成牙形精度較差。但由于其為單側(cè)刃工作，刀具負(fù)載較小，排屑容易，并且切削深度為遞減式。因此，此加工方法一般適用于大螺距螺紋加工。由于此加工方法

10、排屑容易，刀刃加工工況較好，在螺紋精度要求不高的情況下，此加工方法更為方便。 從以上對比分析可以看出，只簡單利用一個指令進(jìn)行車削螺紋是不夠完善的，采用G92、G76混用進(jìn)行編程，即先用G76進(jìn)行螺紋粗加工，再用G92進(jìn)行精加工的方式在螺紋加工中將有兩大優(yōu)點(diǎn)：一方面可以避免因切削量大而產(chǎn)生的變形：另一方面能夠保證螺紋加工的精度。但要注意粗車和精車刀具起始點(diǎn)要一致，不然會亂扣，造成零件報(bào)廢。 根據(jù)以上分析，采用GSK980T數(shù)控系統(tǒng)所編制的螺紋加工程序如下： 01234： 程序號 ： (省略外圓加工程序) T0303： 調(diào)3號螺紋車刀 G00 X37.0 Z5.0： 快速定位螺紋加工起點(diǎn) G76

11、P010160 Q25 R0.05： 用G76螺紋車削循環(huán)指令 G76 X34.45 Z-58.0 P775 Q350 F1.5： 粗車M36×1.5螺紋部分 G00 X37.0 Z5.0： 快速定位到76螺紋加工起點(diǎn) G92 X34.4 Z-58.0 F1.5： 用G92螺紋車削循環(huán)指令 X34.376： 精車螺紋 X34.376： G00 X100 Z100 M05： 返回安全點(diǎn)，主軸停止轉(zhuǎn)動 M30： 程序結(jié)束，返回程序起始段 加工時的幾點(diǎn)注意事項(xiàng)： a. 工件要夾緊，以防在車削時打滑飛出傷人和扎刀： b. 要注意安全文明生產(chǎn)。 本文介紹了用數(shù)控車床車削加工三角螺紋的方法,并以

12、廣州GSK980t數(shù)控系統(tǒng)加工M30X2的外三角螺紋為例,進(jìn)行探討分析螺紋加工過程中應(yīng)注意的問題和解決的方法。    用數(shù)控車床車削螺紋相對于用普通車床車削螺紋來說是比較省心的，但本人認(rèn)為要車好高質(zhì)量的螺紋還是要過好參數(shù)工藝關(guān)、刀具關(guān)、編程關(guān)和檢測關(guān)。本文以廣州GSK980t數(shù)控系統(tǒng)加工M30X2的外三角螺紋為例（如圖1示），就如何車削出高質(zhì)量的螺紋與同行進(jìn)行探討交流。一、 車削螺紋工件的螺紋參數(shù)和工藝要求    1、確定螺紋大徑、中徑、小徑。    外螺紋大徑（公稱直徑d ）一般應(yīng)車得比基本尺

13、寸小0.20.4mm（約0.13P），保證車好螺紋后牙頂處有0.125P的寬度（P是螺距）。具體數(shù)值應(yīng)參照基準(zhǔn)制來選擇，基軸制的值應(yīng)小些，基孔制則可大些。中徑d 2=d-0.6495P，在中徑處螺紋牙厚和槽寬相等。小徑的計(jì)算公式為：d1=d-1.3P。則在上例中的參數(shù)分別是：d =29.629.8，d2=28.701，d1=27.4 。    2、螺柱右端面要倒角至螺紋小徑，左邊加工退刀槽。       3、確定背吃刀量。    螺紋切削用量的選擇應(yīng)根據(jù)工件材料的螺距大小以及

14、所處的加工位置等因素來決定。前幾次的進(jìn)給用量可大些，以后每次進(jìn)給切削用量應(yīng)逐漸減小。切削速度應(yīng)選低些，粗車時每次切深0.3mm左右，最后留余量0.2mm ；精車時每次切深0.10.2mm左右，粗精車的總切深為1.3P。經(jīng)過總結(jié)，本人列出下表僅供參照。    二、車刀的選擇、刃磨和安裝    螺紋車刀的選擇主要考慮刀具、形狀和幾何角度等三個方面。高速鋼車刀用于加工塑性（鋼件）材料的螺紋工件；白鋼刀刃磨螺的紋車刀，適用于加工大螺距的螺紋和精密絲等工件；硬質(zhì)合金螺紋車刀適用于加工脆性材料（鑄鐵）和高速切削塑性工件。  &

15、#160; 車刀的幾何角度有三個（1）刀尖角應(yīng)等于牙型角，車削普通三角形螺紋是60o；（2）前角一般為0o15o，螺紋車刀的徑向前角對牙形角有很大的影響，對精度高的螺紋徑向前角可適當(dāng)取小一些（約0o5o）；（3）后角一般為5o10o，因螺紋升角的影響，兩后角大小應(yīng)該磨成不同，進(jìn)刀方向一面應(yīng)稍大一些。但對大直徑、小螺距的三角形螺紋，這種影響可忽略不計(jì)。刃磨車刀時要根據(jù)粗、精車的要求，刃磨出合理的前、后角。粗車刀前角大，后角小，精車刀則相反。車刀的左右刀刃必須是直線，無崩刃。刀尖角的刃磨比較困難，為保證磨出準(zhǔn)確的刀尖角，在刃磨時用螺紋角度樣板測量刀尖角（見圖2）。測量時，把刀尖角與樣板貼合，對準(zhǔn)光

16、源，仔細(xì)觀察兩邊貼合的間隙，并以此為依據(jù)進(jìn)行修磨。另外車刀磨損過大時會引起切削力增大，頂彎工件，出現(xiàn)啃刀現(xiàn)象。此時應(yīng)對車刀加以修磨。車削螺紋時，為了保證牙形正確，對安裝螺紋車刀提出了嚴(yán)格的要求。安裝時刀尖高度必須對準(zhǔn)工件旋轉(zhuǎn)中心（可根據(jù)尾座頂針高度檢查），車刀安裝得過高，則吃刀到一定深度時，車刀的后刀面頂住工件，增大摩擦力，甚至把工件頂彎，造成啃刀；過低，則切屑不易排出，車刀徑向力的方向是工件中心，加上橫進(jìn)絲杠與螺母間隙過大，致使吃刀深度不斷自動徑向加深，從而把工件抬起，導(dǎo)致啃刀；車刀刀尖角的中心線必須與工件嚴(yán)格垂直，裝刀時可用樣板來對刀（見圖3）。如果車刀裝歪，就會產(chǎn)生牙形歪斜（見圖4）；刀

17、頭伸出不能太長，一般為2025mm（約刀桿厚度的1.5倍）。車削螺紋時，為了保證牙形正確，對安裝螺紋車刀提出了嚴(yán)格的要求。安裝時刀尖高度必須對準(zhǔn)工件旋轉(zhuǎn)中心（可根據(jù)尾座頂針高度檢查），車刀安裝得過高，則吃刀到一定深度時，車刀的后刀面頂住工件，增大摩擦力，甚至把工件頂彎，造成啃刀；過低，則切屑不易排出，車刀徑向力的方向是工件中心，加上橫進(jìn)絲杠與螺母間隙過大，致使吃刀深度不斷自動徑向加深，從而把工件抬起，導(dǎo)致啃刀；車刀刀尖角的中心線必須與工件嚴(yán)格垂直，裝刀時可用樣板來對刀（見圖3）。如果車刀裝歪，就會產(chǎn)生牙形歪斜（見圖4）；刀頭伸出不能太長，一般為2025mm（約刀桿厚度的1.5倍）。車削螺紋時，

18、為了保證牙形正確，對安裝螺紋車刀提出了嚴(yán)格的要求。安裝時刀尖高度必須對準(zhǔn)工件旋轉(zhuǎn)中心（可根據(jù)尾座頂針高度檢查），車刀安裝得過高，則吃刀到一定深度時，車刀的后刀面頂住工件，增大摩擦力，甚至把工件頂彎，造成啃刀；過低，則切屑不易排出，車刀徑向力的方向是工件中心，加上橫進(jìn)絲杠與螺母間隙過大，致使吃刀深度不斷自動徑向加深，從而把工件抬起，導(dǎo)致啃刀；車刀刀尖角的中心線必須與工件嚴(yán)格垂直，裝刀時可用樣板來對刀（見圖3）。如果車刀裝歪，就會產(chǎn)生牙形歪斜（見圖4）；刀頭伸出不能太長，一般為2025mm（約刀桿厚度的1.5倍）。三、編寫程序的方法要求    廣州數(shù)控G980t 系統(tǒng)

19、中有G32、G92和G76三個切削螺紋的指令，加工螺紋的進(jìn)刀方法有直進(jìn)法（見圖5）和斜進(jìn)法（見圖6）。因此在編程過程中不同的切削方法應(yīng)選用不同的指令。    G32、G92屬于直進(jìn)式切削方法，由于兩側(cè)刃同時工作，切削力較大，而且排削困難，因此在切削時，兩切削刃容易磨損。在切削螺距較大的螺紋時，由于切削深度較大，刀刃磨損較快，從而造成螺紋中徑產(chǎn)生誤差；但是其加工的牙形精度較高，因此一般多用于小螺距螺紋加工。由于其刀具移動切削均靠編程完成，導(dǎo)致加工程序較長，但比較靈活。    G76屬于斜進(jìn)式切削方法，因?yàn)槭菃蝹?cè)刃加工，所以右邊刀刃容易損

20、傷和磨損，使加工的螺紋面不直；另外，刀尖角一旦發(fā)生變化，就會造成牙形精度較差。但這種加工方法的優(yōu)點(diǎn)是切削深度為遞減式，刀具負(fù)載較小，排屑容易。故此加工方法適用于大螺距螺紋的加工。由于此加工方法排屑容易，刀刃加工工況較好，在螺紋精度要求不高的情況下，此加工方法尤其方便。在加工較高精度螺紋時，可用雙刀加工，即先用G76加工方法進(jìn)行粗車，然后用G32加工方法進(jìn)行精車，但要注意刀具起始點(diǎn)一定要準(zhǔn)確，不然容易亂扣，造成零件報(bào)廢。    另外，在編程中螺紋刀的起點(diǎn)應(yīng)定在大于2P處，收尾處要比螺紋長度大一些；粗、精車時螺紋刀的起點(diǎn)應(yīng)相同；另外，由于切削力較大，所以吃刀量要小，否

21、則可能會因工件移位導(dǎo)致亂扣；加工時主軸轉(zhuǎn)速一般在650r/min ，切削過程中不能變速，否則會亂扣；用G32或G92編程時，可走多一到兩次的空刀，以提高螺紋表面的粗糙度等級。車削螺紋時，恰當(dāng)?shù)厥褂们邢饕?，也可提高生產(chǎn)率和零件質(zhì)量。舉例如下：    O 0001；    G0 X100 Z100；    M3 S650；    T0101 M8；    G0 X30 Z5；（Z5，大于2P）    G92 X29.7

22、Z-19 F2；（z -19，要大于螺紋長度，F(xiàn)2是螺距）    X29.6；    X29.5；    X27.4；    X27.4；（走空刀的好處是使螺紋表面光滑）    M5；    M0；    M3 S650；    T0101 M8；    G0 X30 Z5；（定位應(yīng)與粗車時相同）    G92 X27.4 Z-19 F2；    GO X100 Z100；    M30；