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數控車床梯形螺紋的加工方法及改進研究

2021-10-14 來源：常州科技經貿技工學校作者（zhě）：陳靜

摘要（yào）：本文以梯形螺紋 Tr36×6 的（de）加（jiā）工工藝作為（wéi）研究對象，針對梯形螺紋的結構（gòu）參數與直（zhí）進（jìn）法、斜進法、左右切削法、直槽法、階梯槽法、分層切削法（fǎ）等（děng）加工（gōng）方法進行詳細（xì）分析，並以常規加（jiā）工方法存（cún）在的（de）刀具磨損、排屑困難、生產（chǎn）效率低等工藝缺陷作為切入點，探討了實現高轉速粗車加工與低轉（zhuǎn）速精車加（jiā）工兩道（dào）工序間良好銜接的具體方法（fǎ）及程序設計思路。經多次調試與（yǔ）驗證後發現（xiàn），以每分鍾 560r 的轉速（sù）進行粗車加工，再將轉速下調至每分（fèn）鍾 25r 進行精（jīng）車加工（gōng），即可實現對梯形螺紋的變速加工，且保障梯形螺紋工件的質量達標（biāo），有效提高生產環節的效率（lǜ），為梯形螺（luó）紋副的批量化生產創（chuàng）設有利條件。

關鍵詞：數控車床；梯（tī）形（xíng）螺紋；變速（sù）車削

梯形螺（luó）紋主要應用於（yú）傳動機構中作為傳導螺紋（wén），梯形外螺紋與內螺（luó）紋以成（chéng）對方式呈現（xiàn），具有牙型深、螺距較大等特（tè）征，在采（cǎi）用（yòng）數控（kòng）車床進行加工（gōng）時易產生較大的切削力與振（zhèn）動問（wèn）題，加劇刀尖（jiān）磨損（sǔn）程度、易引發紮刀事故，影響到工件的質量與加工生產進度。基（jī）於（yú）此，本（běn）文擬針對梯形螺紋的常（cháng）規加（jiā）工工藝進行改進，並通過程序調試（shì）確保工藝具（jù）備可行（háng）性（xìng）。

1、梯形螺紋（wén）結構與加工方法

1.1 梯形螺紋。

1.1.1 基本結構。

選取一對典型梯形螺紋副作為參照，在該梯（tī）形螺紋副的（de）左上方、右上方分別設有螺（luó）杆和螺套，兩類零件的外形、尺寸與螺紋精度將直接決定零件能否正常旋合。以梯形螺紋 Tr36×6 為例（各結構的（de）參數如表 1 所示），其（qí）牙型呈等腰梯形、牙型角為 30°，相較於其（qí）他螺紋在牙根強度、對中性（xìng）上占據良好性能優勢，其公（gōng）稱直徑為 36mm、螺距為6mm。左旋螺紋需在尺寸規格後加注“LH”，右旋螺紋（wén）則不標出。為保（bǎo）障（zhàng）梯形螺紋質（zhì）量達標，應在加工環節確保牙型的準確度，使螺紋中（zhōng）徑與基準軸保持（chí）同（tóng）軸（zhóu），以（yǐ）中徑尺寸定心，在車削加（jiā）工環節注意控製好中徑的尺（chǐ）寸公差與兩側表麵粗糙度[1]。

表 1 梯形螺紋的結構及計算公式

1.1.2 車刀材料。

在車刀材料選取上，主要選用硬質合金刀片進行梯形螺紋（wén）的高速車削，考慮到數控車床存在較嚴格的加工標準，因此選用材質（zhì）為 YT15 硬質合金的可轉位機夾刀（dāo）片，保（bǎo）障刀片在硬度、耐磨性與（yǔ）使用壽命等方麵具備良好的性能優勢。

在車削加工環節，應注重選用標準刀片，在安裝刀（dāo）具時控（kòng）製主（zhǔ）切削刃與工件軸線保持等高且平行，利用樣（yàng）板進行找正與糾偏處理，使刀頭角（jiǎo）平分線與工件（jiàn）軸線呈垂直關係，並且將車削深度控製在與牙型高度一致的位置（zhì），確保中徑尺寸達標。

1.2 加工方（fāng）法。

1.2.1 直進法和斜進法。

直進法（fǎ）指車刀沿水平（píng）方向間歇進（jìn）給至牙（yá）深部位（wèi），考慮（lǜ）到在車（chē）削梯形螺紋需利用車刀三刃同時切削，由此將產生較大的切削力、加劇刀具的磨損情況（kuàng），並（bìng）且無法（fǎ）保障及時排屑，易（yì）出現紮刀問題。斜進法指以牙型角方（fāng）向為基準，將車刀沿斜向間歇進給（gěi），能夠（gòu）有效減少切削力及（jí）產生（shēng）的排屑量，但針對螺距較大的梯形螺紋（wén）進行加（jiā）工時（shí），仍麵臨刀具磨損（sǔn）與牙型角存在偏差等問題，缺乏良好適用價值。

1.2.2左右切削（xuē）法。

該（gāi）方法指以牙型角（jiǎo）反向為基準，將車（chē）刀錯位進給、實行單刃切削，借此有效規避多刃切削引發的紮刀問題，既有助於提升螺紋的車削精度，同時也可優化梯形（xíng）螺紋表（biǎo）麵質量，但也存（cún）在編程複雜的問題，無法保障加工（gōng）效率。1.2.3 直槽法和階梯槽法。采用直（zhí）槽法進行螺紋（wén）加工（gōng），應確保切槽刀的刀頭寬度（dù）不超過牙槽底（dǐ）寬，以小徑為參考沿橫向直進切至指定的直（zhí）槽深度，並且留（liú）足 0.2mm 餘量，隨後改用梯形螺紋刀沿（yán）斜向進行加工。

該方法將數控（kòng）編程進行簡化，但（dàn）同（tóng）樣（yàng）不適用於（yú）大螺距的螺紋加工，影響到排（pái）屑效果，加之刀（dāo）頭較（jiào）長影（yǐng）響到梯形螺紋刀的強度，極易在（zài）加工（gōng）過程中產生刀頭（tóu）折（shé）斷的（de）問題。采用階梯槽法進行加工時，通常需先（xiān）完成牙槽的分層，控製切槽刀（dāo）沿左右方向移動切削出階梯槽，再改用梯形螺紋刀沿斜向進（jìn）行加工（gōng）。該方法具有良好的排屑效果，可（kě）實現梯形螺紋的批量（liàng）化加工，但在將切槽刀更換為梯形螺紋刀時無法保障刀體對準螺旋直槽，易引發倒牙問題。1.2.4 分（fèn）層切削法。該方法主要將直進法與左右切削法進行整合，先利用切槽刀（dāo）將牙槽劃分為多個（gè）梯形槽，再依（yī）照直進、左右移動的順序進行各層梯形槽的車削加工。該（gāi）方法適用於大螺距的梯形（xíng）螺紋加工，能夠有效提高車削質量與效率，避（bì）免產生紮刀問題，並且可采（cǎi）用宏程序（xù）進行編程處理，在（zài）梯形螺紋任意結（jié）構參數發生變化的條件下仍可保障螺紋加工精度。

2、數控車（chē）床變速車削梯形螺紋的加工流程優化設計

2.1 常（cháng）規加工方法存（cún）在的（de）缺陷。

通過針對四類梯形螺紋車削加工方法進行綜合分析，提煉出保障螺紋質量的最優方法的基礎上，還應基於生產效率與加工精度（dù）層麵進行工藝流程的創新。

通常利用數控車床以高轉速（sù）車削梯形螺紋時，往往麵臨螺紋表（biǎo）麵粗糙度不達標的問題，同時多個刀刃將產生較大的切（qiē）削（xuē）力與振（zhèn）動效應，易縮短切槽刀的（de）使（shǐ）用壽命；在以低轉速車削梯形螺紋時，往往導（dǎo）致生產效率大幅下（xià）降，並且當速度驟然（rán）變化時易引發（fā）螺紋（wén）亂牙問題[2]。基（jī）於（yú）此，本文（wén）擬采用變速（sù）車削這一新型加工模式，首先利用（yòng）粗車刀以高轉（zhuǎn）速進行工件外形的車削，保障工件的（de）大徑、中徑和小徑數值均符（fú）合標準值要求；隨後再（zài）改用精車刀以低轉速進行工件的精（jīng）車、修光處理，確（què）保牙型角（jiǎo）、牙頂寬與牙槽底寬等指（zhǐ）標均符合要求。在（zài）此過程中，需注意控製好高轉速、低轉速與粗車、精車間的銜接過渡，保障梯（tī）形螺紋的加工質量（liàng）。

2.2 變速車（chē）削加工方法的應用。

2.2.1 加工方案分析。

基於GSK980TD 數控車床進行梯形螺紋 Tr36×6 的變速車削加工方案設計，考慮到該梯形螺紋的螺距為 6mm、保（bǎo）持（chí）中（zhōng）等水平，因此可選用斜進法與左右切削法配合加工，基於 G76 指令進行切削加工，依次完成粗車、精車環節的編程設計，注（zhù）意留（liú）足餘量。

2.2.2變速車削加工程序（xù）設計。

在粗車前，首（shǒu）先以 X 方向為基準留出精（jīng）車餘（yú）量 X0.5，將車床轉速設為每分鍾 560r 的高轉速水平，待完成粗車後倘若（ruò）直接將轉速調低進行精車，極易產生牙槽亂牙問題，並且（qiě）易引發撞刀、刀片（piàn）折斷等問題，因此（cǐ）需（xū）重點做好粗車（chē）後的速度調（diào）節與工序控製。粗車程序設（shè）計如下：

在粗車完成後，首先將粗車刀停放的位置設為 X200 Z5，隨後進入（rù）對刀界麵在磨（mó）耗欄中（zhōng）輸入 U8 刀（dāo）補（bǔ），使坐標係上（shàng）的原點朝 X 軸右側移動 4mm 的距離（lí），此時刀尖較先前提高約一個 h3的距離；隨即將數控（kòng）車床的轉速降低至每分鍾 25r，再次運行粗車程序，在此（cǐ）環節精車刀將位於靠（kào）近（jìn）梯形（xíng）螺紋表麵的平麵移動，確保（bǎo）不會接觸到梯形螺紋表麵（miàn）。此時觀察梯形螺紋車刀可（kě）發現（xiàn），車（chē）刀所處位置（zhì）較牙槽存在一定（dìng）的（de）偏移，應通過調試使車刀重（chóng）新回到牙槽內，在（zài）此可將粗車程序中的（de）起始點 Z0 調整為- 1，再次運行粗車程序，並（bìng）同（tóng）時校對（duì）車刀與（yǔ）梯形螺紋槽間的偏（piān）差值，調整至二者保持完全對正為止。接（jiē）下來需針對偏移後的坐標係進行調整，在對刀（dāo）界麵磨（mó）耗欄內輸入 U- 8 並執行（háng）程序，即可使坐標係重新恢複至粗車加工模式下的坐標係，隨後再次運行粗車程序，倘（tǎng）若發現精車刀在車削加（jiā）工過（guò）程中觸碰到牙槽，則需重新進行梯形（xíng）螺紋（wén）的粗（cū）車加（jiā）工（gōng），直至精車刀與牙型保持一致、無表麵接觸為止。最後需針對梯形螺紋的小徑尺寸進行調節，選用左右切削法進行（háng）切削調（diào）試，確保精車螺紋兩側麵的（de）偏移量（liàng）符合標準（zhǔn）件設計要求；通過進入對刀界麵調整磨耗（hào）欄中的 U 值，即可實現（xiàn）對中徑、小徑等尺寸的精（jīng）確調整（zhěng），並配合三針測量（liàng）法進行測（cè）量，計算得出梯形螺紋左（zuǒ）右兩側麵的偏移值均（jun1）為 0.26mm，確保最終加工（gōng）出的梯形螺紋工件（jiàn）尺寸與精度達標（biāo）。

2.2.3 調試結果。

通過針對變速車削加工的程序與具（jù）體參數進行多次驗證，最終確定標準化加工方案，即先以每分鍾 560r 的高轉速運行粗車程序、完成粗車加工，再將轉速調整至（zhì）每分鍾 25r的低轉速水平（píng），將定位坐標調整為 G0 X38 Z- 1.8，運行（háng）精車程序、利用精車刀（dāo）進行工（gōng）件左右兩側麵的精修（xiū）處理（lǐ），最後針對中徑、牙頂寬、牙槽底（dǐ）寬等指標進行測量，以（yǐ）此判斷加工精度是否（fǒu）符合質量要求，提升梯形螺紋加工效率[3]。精車程序設計如下：

2.3 工藝優化的注意事項。

在采用數控車床（chuáng）變速車削工（gōng）藝時，還應注意以（yǐ）下問題：首先是在切削（xuē）過程中需補充足量（liàng）切削液（yè），在刀（dāo）頭處增設頂尖，用於防（fáng）止切削刀具在車削工件環節產（chǎn）生大幅振動，保障梯形螺紋副表麵具備良好的粗糙度，並且在數控車床執行車削作業過程（chéng）中做好（hǎo）操（cāo）作人員的安全教育工作（zuò），禁止采用棉紗擦拭工件（jiàn）表麵，避（bì）免引發安全事故或設備損壞問題。其次應注意在精車前做（zuò）好中心孔的修正工作，針對螺紋同軸精度進行嚴格校正（zhèng），並且做好精車刀質量的檢查，確（què）保兩側刃磨平直且鋒利，保（bǎo）障後續加工環節的（de）精車質量。再次是在車削（xuē）加工梯形螺紋的（de）過程中，應盡量調低（dī）切削用量，防（fáng）止在後續切削（xuē）環節因疏於管控造成工件變形問題；在裝夾工（gōng）件環節，應注意控製好（hǎo）尾座套筒的伸長量，避免因套筒過短（duǎn）導致車刀退刀環節尾座碰撞床鞍（ān）。最後還應加強對梯形螺紋技術參數的把控，例如檢查梯（tī）形螺紋的中（zhōng）徑是否與基準軸位於相同軸線上，

中徑（jìng）尺寸公差（chà）是否符合設計標準，大（dà）徑尺寸是否控製在標準尺寸以內，梯形螺（luó）紋牙（yá）型角是否為 30°，梯形螺（luó）紋左右兩側的表麵粗糙度數值是否達標等。在利用數控機（jī）床加工梯形螺紋時，還應注意做好（hǎo）機床設（shè）備剛度、工件與刀具材料等指標的調節，並針（zhēn）對編程進行精細化（huà）設計（jì），實現工（gōng）藝優化目標。

3、結論

當前（qián）在采用數（shù）控車床進行梯形螺紋加工環節，常麵臨（lín）粗加工吃刀深、切削餘量大、生產效率低、表麵粗糙度大以及（jí）編程複雜程度高（gāo）等問題。對此需針對一般加（jiā）工方法做出改進，引入變（biàn）速車削工藝進行加工方法的（de）優（yōu）化，做好粗車與精車（chē）加（jiā）工銜接環節轉（zhuǎn）速的調（diào）節（jiē）、實（shí）現（xiàn）平穩（wěn）過渡，避免（miǎn）刀具觸碰工件表麵影響到加工質量，並完善程序設計與調試工作，保障提升梯形螺紋加工精度與效率，實現零部件批量化生產目標。

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