数控技师论文(原创)

摘要：在数控车床上加工梯形螺纹有一定的技术难度,特别是在高速切削时难度更大,加工时不容易观察和控制,安全可靠性也较差.这就要求我们对梯形螺纹的加工方法进行不断的探索。
关键词：梯形螺纹 数控车削 加工方法 变速车削

















梯形螺纹较之三角螺纹，其螺距和牙型都大，而且精度高，牙型两侧面表面粗糙度值较小，致使梯形螺纹车削时，吃刀深，走刀快，切削余量大，切削抗力大。这就导致了梯形螺纹的车削加工难度较大，在多年的数控车床实习教学中，通过不断的摸索、总结、完善，对于梯形螺纹的车削也有了一定的认知，下面就来探究一下梯形螺纹的车削方法。
一、梯形螺纹加工的工艺分析与加工的基本方法
1.梯形螺纹的尺寸计算
梯形螺纹的代号 梯形螺纹的代号用字母“Tr”及公称直径×螺距表示，单位均为mm。左旋螺纹需在尺寸规格之后加注“LH”，右旋则不用标注。例如Tr36×6,Tr44×8LH等。
国标规定，公制梯形螺纹的牙型角为30°。梯形螺纹的牙型如图1，各基本尺寸计算公式如表1-1。


图1 梯形螺纹的牙型


表1-1 梯形螺纹各部分名称、代号及计算公式
名称 代号 计算公式 牙项间隙 ac P 1.5～5 6～12 14～44 ac 0.25 0.5 1 大径 d、D4 d=公称直径，D4=d+ac 中径 d2、D2 d2=d-0.5P, D2=d2 小径 d3、D1 d3=d-2h3, D1=d-p 牙高 h3、H4 h3=0.5p+ac,H4=h3 牙顶宽 f、f′ f=f′=0.366p 牙槽底宽 W、W′ W=W′=0.366p-0.536ac
2.梯形螺纹在数控车床上基本的加工方法
1）直进法 螺纹车刀X向间歇进给至牙深处（如图2a）。采用此种方法加工梯形螺纹时，螺纹车刀的三面都参加切削，导致加工排屑困难，切削力和切削热增加，刀尖磨损严重。当进刀量过大时，还可能产生“扎刀”和“爆刀”现象。这种方法数控车床可采用指令G92来实现，但是很显然，这种方法是不可取的。
2）斜进法 螺纹车刀沿牙型角方向斜向间歇进给至牙深处（如图2b）。采用此种方法加工梯形螺纹时，螺纹车刀始终只有一个侧刃参加切削，从而使排屑比较顺利，刀尖的受力和受热情况有所改善，在车削中不易引起“扎刀”现象。该方法在数控车床上可采用G76指令来实现。
3）交错切削法 螺纹车刀沿牙型角方向交错间隙进给至牙深（如图2c）。该方法类同于斜进法，也可在数控车床上采用G76指令来实现。
4）切槽刀粗切槽法 该方法先用切槽刀粗切出螺纹槽（（如图2d），再用梯形螺纹车刀加工螺纹两侧面。这种方法的编程与加工在数控车床上较难实现。

(a)直进法 （b）斜进法 （c）交错切削法 （d）切槽刀粗切槽法
图2梯形螺纹几种加工方法
3.梯形螺纹编程实例
例 如图3所示梯形螺纹，试用G76指令编写加工程序。
图3梯形螺纹丝杠
1)计算梯形螺纹尺寸并查表确定其公差
大径d=36 0 –0.375；
中径d2=d-0.5P=36-3=33,查表确定其公差，故d2=33–0.118 –0.453；
牙高h3=0.5P+ ac=3.5；
小径d3=d-2 h3=29,查表确定其公差，故d3=29 0 –0.537；
牙顶宽f=0.366P=2.196
牙底宽W=0.366P-0.536ac =2.196-0.268=1.928
用3.1mm的测量棒测量中径，则其测量尺寸M=d2+4.864dD-1.866P=32.88,根据中径公差确定其公差，则M=32.88–0.118 –0.453；
2)编写数控程序
O0008；
T0202；
M03 S400；
G00 X37.0 Z-28；
G76 P020530 Q50 R-0.08； (设定精加工两次，精加工余量为0.16mm，倒角量等于0.5倍螺距,牙型角为30°，最小切深为0.05mm。)
G76 X28.75 Z-85.0 P3500 Q600 F6.0；（设定螺纹高为3.5mm，第一刀切深为0.6mm。）
G00 X150.0；
M05；
M30；
以上程序在螺纹切削过程中采用沿牙型角方向斜向进刀的方式，如图2b所示。在FANUC-0i系统中，有时还可采用如图2c所示交错螺纹切削方式，G76编程如下所示：
G76 X28.75 Z-85.0 K3500 D600 F6.0 A30.0 P2；
K：螺纹牙型高度。
D：第一次进给的背吃刀量。
A：牙型角度。
P2：采用交错螺纹切削。
二、变速车削梯形螺纹
在数控车床上车削梯形螺纹工件，低速车削时生产效率很低，高速车削时又不能很好地保证螺纹的表面粗糙度，达不到加工的要求，而直接从高速变为低速车削时则会导致螺纹乱牙。变速车削时的乱牙问题可以用一种简单实用的方法加以解决，车削螺纹时可以先用较高转速车削，再用低速来精车及修光，从而提高了生产效率，并很好地保证了螺纹的尺寸精度和表面粗糙度。
下面还以梯形螺纹工件如图3所示为例，介绍如何在FANUC系统的数控车床上变速车削梯形螺纹。
由于此梯形螺纹的螺距较小，可采用斜进搭配刀法加工，因FANUC系统的G76螺纹切削复合循环指令就是以斜进方式进刀的，故可采用G76指令，粗车梯形螺纹时编程如下，留出精车余量。
G00 X40 Z-20；
G76 P010030 Q80 R0.05；
G76 X29 Z-85 P3500 Q100 F6；
G00 X200 Z50；
粗车完成后，如果此时将转速直接调到低速调用原程序精车，则一定会乱牙，发生崩刃或撞车事故，故我们在低速车削之前要解决车刀乱牙问题。考虑到低速车削时车刀进给速度很慢，我们可以用肉眼来观察车削时螺纹车刀与螺纹牙形槽是否对准，具体操作方法

如下：
(1)改变工件坐标系，使车刀车螺纹时不接触工件表面，粗车后将粗车刀停在位置X200 Z50处，此时在录入方式下输入G50 X192后执行，即改变了坐标系，相当于将坐标系原点沿X轴正方向移动了4mm，也就是稍大于一个牙高的距离。此时将车床主轴转速调低，如调到25r/min，重新运行程序，粗车刀将车不到工件表面，在接近工件表面的位置移动。如图4所示。

图4调整前车刀与螺纹槽的相对位置
(2)使车刀与车出的梯形螺纹槽重新对正，由于车刀进给速度很慢，此时我们可以看出车刀与原先车出的梯形螺纹槽是不重合的，车刀偏移了一小段距离，如图5所示，目的就是要使车刀重新对准车出的梯形螺纹槽。操作的原理跟在数控车床上车削多头螺纹是一样的，就是通过改变螺纹车刀车削前的轴向起点位置来达到目的，即修改上述程序段G00 X40 Z-20中的Z-20。我们可以通过肉眼判断需调整的大慨距离，如可先将Z-20改为-21，运行程序后，发现车刀与车出的梯形螺纹槽还没有完全对正。则再修改Z值，重新运行程序，直到车刀与梯形螺纹槽完全对正。如图5所示。

图5调整后车刀与螺纹槽的相对位置
(3)恢复原来的工件坐标系，开始精加工 为了便于理解和不易出错，仍将车刀移到X200 Z50位置，在录入方式下，执行G50 X208，修复原来的工件坐标系，重新运行程序，就可以低速精车梯形螺纹了。精车时也是通过上述改变螺纹车刀车削前的轴向起点位置的方法来修光梯形螺纹的两侧面，同时通过测量，控制切削的次数使螺纹达到尺寸精度的要求。
经过实验，在高速与低速车削的转数都固定时，车刀需要偏移的位移是固定的，有了这个数据，以后在车刀崩刃，或磨损后需换刀时就可以不用再重复调整步骤，直接在低速精车时将车螺纹的起点偏移相应位置就可以了。本文所举加工例子在南京第二数控机床厂的FANUC系统数控车床上完成，当车床主轴转速从560r/min变速到25r/min时梯形螺车刀在Z轴上需向左偏移1.8mm。图示6 所加工的梯形螺纹。

图6 梯形螺纹的加工
当然如果在批量生产加工时还是要一次一次地改变螺纹车刀车削前的轴向起点位置来修光梯形螺纹的两侧面，生产效率将大大降低，为了解决这个问题，我们可以将梯形螺纹左右两侧面的加工过程分别编成两个子程序，每次调用时使车刀轴向偏移0.1mm，在工件的首件试切中确定需调用子程序的次数，从而将整个加工过程编入程序当中，即从加工第二件工件时车床就可以一直自动运行下去，直到工件被加工合格。
像GSK980T、FANUC-OTE等一些功能较全的数控系统由于有

复合指令的存在使得编程变得比较简单，但在一些国产经济型数控车床上却不具备这样的功能。这时我们可以将刚斜进法的粗车过程编成子程序，每调用一次车刀都在X轴和Z轴上进给一小段距离，并在首件试切中确定子程序需被主程序调用的次数。粗车完成后，仍用文中所述方法调试出从高速粗车变为低速精车后螺纹车刀需轴向移动的位移，再把精车螺纹左右侧面的加工过程分别编成子程序，在主程序调用即可。
三、加工梯形螺纹的几点注意事项
(1)切削时加切削液，根据情况看是否要加顶尖。
(2)车刀从高速变为低速后要严格对准梯形螺纹槽，操作时要仔细认真，不能马虎。可采用逐步恢复坐标系的方法，即分几次校正车刀，使车刀逐步车削到牙槽底部。
(3)梯形螺纹精粗车刀的刀头宽度不能相差太大，不然换刀后会使切削余量过大，发生崩列等问题。
(4)对于一些大螺距的螺纹，车削时主轴转速不能过高，需参考机床的最高进给速度，否则会发生失步等问题。
四.结论
实际的加工证明，以上在数控车床上变速车削梯形螺纹的方法是切实可行的，且取得了很好的加工效果。对于另外一些大螺距三角形螺纹、蜗杆等只需把粗车进刀的方法如斜进法、分层进刀法等编成子程序，调试出从高速粗车变为低速精车后车刀需轴向移动的位移后，也把精车螺纹左右侧面分别编成子程序，在主程序中将其调用就能完成加工。
参考文献：

1. 顾雪艳等编著. 机械工业出版社. 数控机床编程与操作

2. 陈亚岗，范为军. 江苏盐城技师学院数控系.数控机床结构编程与操作

3. 李清新主编. 机械工业出版社. 伺服系统与机床电气控制

4. 雷学东主编. 南京工程学院. 数控编程与CAM


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