王永俊

摘 要：數(shù)控車床主要用來加工軸類或盤類的回轉(zhuǎn)零件，利用經(jīng)濟型數(shù)控機床加工多線螺紋，是螺紋加工的難點。實習(xí)中大多數(shù)同學(xué)對螺紋加工感到棘手，我通過學(xué)習(xí)實踐，總結(jié)出多線螺紋的加工要點和操作要領(lǐng)，為自己在數(shù)控操作提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：數(shù)控車床；多線螺紋；誤差分析

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，利用數(shù)控車床加工螺紋，能大大提高生產(chǎn)效率、保證螺紋加工精度，減輕操作工人的勞動強度。但在職高及技校的數(shù)控車床實習(xí)培訓(xùn)中普遍存在如下現(xiàn)象：絕大多數(shù)學(xué)生對螺紋加工感到棘手，特別是加工多線螺紋，更加無所適從。下面通過螺紋零件的實際加工分析，闡述多線螺紋的加工步驟和方法。

一、螺紋的基本特性

在機械制造中，螺紋聯(lián)接被廣泛應(yīng)用，例如數(shù)控車床的主軸與卡盤的聯(lián)結(jié)，方刀架上螺釘對刀具的堅固，絲杠螺母的傳動等。它是在圓柱或圓錐表面上沿著螺旋線所形成的具有規(guī)定牙型的連續(xù)凸起和溝槽，有外螺紋和內(nèi)螺紋兩種。按照螺紋剖面形狀的不同，主要有三角螺紋、梯形螺紋、鋸齒螺紋和矩形螺紋四種。按照螺紋的螺旋線數(shù)不同，又可分為單線螺紋和多線螺紋。在各種機械中，螺紋零件的作用主要有以下幾點：一是用于連接、緊固；二是用于傳遞動力，改變運動形式。三角螺紋常用于連接、堅固；梯形螺紋和矩形螺紋常用于傳遞動力，改變運動形式。由于用途不同，它們的技術(shù)要求和加工方法也不一樣。

二、加工方法

螺紋的加工，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，除采用普通機床加工外，常采用數(shù)控機床加工。這樣既能減輕加工螺紋的加工難度又能提高工作效率，并且能保證螺紋加工質(zhì)量。數(shù)控機床加工螺紋常用G32、G92和G76三條指令。

其中指令G32用于加工單行程螺紋，編程任務(wù)重，程序復(fù)雜；而采用單一循環(huán)指令G92，可以實現(xiàn)簡單螺紋切削循環(huán)，使程序編輯大為簡化，但G92的進刀方式為直進法，所以加工的螺距只能是較小的。而復(fù)合指令G76，克服了指令G92的缺點，采用的是斜進法方式進刀，減輕刀具的受力情況，且程序簡捷，可節(jié)省編程時間。

在普通車床上進行多線螺紋車削一直是一個加工難點：當(dāng)?shù)谝粭l螺旋線車成之后，需要手動進給小刀架并用百分表校正，使刀尖沿軸向精確移動一個螺距再加工第二條螺紋；或者打開掛輪箱，調(diào)整齒輪嚙合相位，再依次加工其余各頭螺紋。受普通車床絲杠螺距誤差、掛輪箱傳動誤差、小拖板移動誤差等多方面的影響，多線螺紋的導(dǎo)程和螺距難以達到很高的精度。而且，在整個加工過程中，不可避免地存在刀具磨損甚至打刀等問題，一旦換刀，新刀必須精確定位在未完成的那條螺紋線上。這一切都要求操作者具備豐富的經(jīng)驗和高超的技能。然而，在批量生產(chǎn)中，單靠操作者的個人經(jīng)驗和技能是不能保證生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的。在制造業(yè)現(xiàn)代化的今天，高精度數(shù)控機床和高性能數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用使許多普通機床和傳統(tǒng)工藝難以控制的精度變得容易實現(xiàn)，而且生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量也得到了很大程度的保證。

三、實例分析

現(xiàn)以FANUC0I系統(tǒng)的CKA6150車床，加工螺紋M30×3/2-5g6g為例，說明多線螺紋的數(shù)控加工過程：

工件要求：螺紋長度為20mm，兩端倒角為2×45°、牙表面粗糙度為Ra3.2的螺紋，采用的材料是為45#圓鋼坯料。

1.準(zhǔn)備工作

通過對加工零件的分析，利用車工手冊查找M30×3/2-5g6g的各項基本參數(shù)：該工件是導(dǎo)程為3mm，且螺距為1.5（該參數(shù)是查表的重要依據(jù)）的雙線螺紋；大徑為30，公差帶為6g，查得其尺寸上偏差為-0.032、下偏差為-0.268、公差有0.236，公差要求較松；中徑為29.026，公差帶為5 g，查得其尺寸上偏差為-0.032、下偏差為-0.150，公差為0.118，公差要求較緊；小徑按照大徑減去車削深度確定。螺紋的總背吃刀量ap與螺距的關(guān)系近經(jīng)驗公式：ap≈0.65P， 每次的背吃刀量按照初精加工及材料來確定。大徑是車削螺紋毛坯外圓的編程依據(jù)，一般情況下都是以d實=D-0.1P來計算，（D為公稱直徑），在實際生產(chǎn)中，避免了復(fù)雜的計算，通常實際大徑都取小于0.2mm， 中徑是螺紋尺寸檢測的標(biāo)準(zhǔn)和調(diào)試螺紋程序的依據(jù)，小徑是編制螺紋加工程序的依據(jù)，所以小徑的尺寸計算必須準(zhǔn)確，小徑的計算公式為：d1=D-1.3P。兩邊留有一定尺寸的車刀退刀槽。

2、正確選擇加工刀具

螺紋車刀的種類、材質(zhì)較多，選擇時要根據(jù)被加工材料的種類合理選用，材料的牌號要根據(jù)不同的加工階段來確定。對于45#圓鋼材質(zhì)，宜選用YT15硬質(zhì)合金車刀，該刀具材料既適合于粗加工也適合于精加工，通用性較強，對數(shù)控車床加工螺紋而言是比較適合的。另外，還需要考慮螺紋的形狀誤差與磨制的螺紋車刀的角度、對稱度。車削45號鋼螺紋，刃傾角為10°，主后角為6°，副后角為4°，刀尖角為59°16，左右刃為直線，而刀尖圓弧半徑則由公式R=0.144P確定（其中P為螺距），刀尖圓角半徑很小在磨制時要特別細(xì)心。

四、多線螺紋加工方法及程序設(shè)計

多線螺紋的編程方法和單線螺紋相似，采用改變切削螺紋初始位置或初始角來實現(xiàn)。假定毛坯已經(jīng)按要求加工，螺紋車刀為T0303，采用如下方法來進行編程加工。

1.用G92指令來加工圓柱型多線螺紋

G92指令是簡單螺紋切削循環(huán)指令，我們可以利用先加工一個單線螺紋，然后根據(jù)程序格式中的C和P的設(shè)定，來實現(xiàn)多線螺紋的加工。

具體的程序格式為：G92 X Z C P F ；其中X為螺紋小徑，Z為螺紋終點坐標(biāo)，C為線數(shù)，P為每條螺旋線對應(yīng)的起始角度（360°/C）F為多線螺紋的導(dǎo)程。

假設(shè)外圓尺寸和退刀槽已加工完畢，程序編輯如下。（工件原點設(shè)在右端面中心）

2.多線螺紋加工的控制因素

在運用程序加工多線螺紋中，要特別注意對以下問題的控制：

（1）主軸轉(zhuǎn)速的確定

由于數(shù)控車床加工螺紋是依靠主軸編碼器工作的，主軸編碼器對不同導(dǎo)程的螺紋在加工時的主軸轉(zhuǎn)速有一個極限識別要求，因此要用經(jīng)驗公式S= 1200/P-80來確定（式中P為螺紋的導(dǎo)程），當(dāng)實際的切削速度超過了數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)內(nèi)設(shè)定的最大切削速度時，系統(tǒng)則不能正常分線，螺紋牙型容易亂扣。

（2）表面粗糙度要求

螺紋加工的最后一刀基本采用重復(fù)切削的辦法，例如程序中的X27.4指令運行了兩遍，這樣可以獲得更光滑的牙型表面，達到Ra3.2要求。

（3）余量加工過程控制

對試件切削運行程序之前除正常要求對刀外，在FANUC數(shù)控系統(tǒng)中要設(shè)定刀具磨損值在0.3～0.6之間，第一次加工完后用螺紋千分尺進行精密測量并記錄數(shù)據(jù)，將磨損值減少0.2，進行第二次自動加工，并將測量數(shù)據(jù)記錄，以后將磨損補償值的遞減幅度減少并觀察它的減幅與中徑 的減幅的關(guān)系，重復(fù)進行，直至將中徑尺寸調(diào)試到公差帶的中心為止。在以后的批量加工中，尺寸的變化可以用螺紋環(huán)規(guī)抽檢，并通過更改程序中的X數(shù)據(jù)，也可以通過調(diào)整刀具磨損值進行補償。

五、加工誤差分析及使用

1、G92直進式切削方法，由于兩側(cè)刃同時工作，切削力較大，而且排屑困難，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；但是其加工的牙型精度較高，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、G76斜進式切削方法，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，而造成牙型精度較差。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。

五、結(jié)束語

在加工合格且精度要求較高螺紋時，要在生產(chǎn)實踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗，避免出現(xiàn)故障。特別在應(yīng)用數(shù)控車床加工精度要求較高的螺紋時，可采用兩刀加工完成，即先用G76加工方法進行粗車，然后用G92加工方法進行精車，可以達到比較好的效果。但要注意刀具起始點要準(zhǔn)確，不然容易出現(xiàn)亂扣，造成零件報廢。

參考文獻：

[1]數(shù)控車工（技師高級技師），勞動社會保障出版社.

[2]數(shù)控車削編程與操作技術(shù)，謝曉紅.電子出版社.

[3]數(shù)控車削編程與操作訓(xùn)練，高楓.高等教育出版社.