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數控車床梯形螺紋的（de）加（jiā）工方法（fǎ）及改（gǎi）進研究

2021-10-14 來源：常州科技經貿（mào）技工學校作者：陳靜

摘（zhāi）要：本文以梯形螺（luó）紋 Tr36×6 的加工（gōng）工（gōng）藝作（zuò）為研究對象，針對梯形螺紋的結構參數與直進法（fǎ）、斜進法、左右切削法、直槽法、階梯槽法（fǎ）、分層切削法等加工方法進行詳細分析，並以常規加（jiā）工（gōng）方法存在（zài）的刀具磨損、排屑困難、生產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（gōng）與低轉速（sù）精車加（jiā）工兩道工序間良好銜接（jiē）的具體（tǐ）方法及程序（xù）設計（jì）思路。經（jīng）多次調試與驗證後發現，以每（měi）分鍾 560r 的轉速進行粗車加工，再將轉（zhuǎn）速下調至每分鍾 25r 進行精車（chē）加工，即（jí）可實（shí）現對（duì）梯形螺紋的變速加工，且保障梯（tī）形螺紋工件的質（zhì）量達標，有效提高生產環節的效率，為梯形螺紋副的（de）批量化生產創（chuàng）設有利條（tiáo）件。

關鍵詞：數控車（chē）床；梯形螺紋；變速（sù）車削

梯形螺紋主要應用於傳動機構（gòu）中（zhōng）作為傳導螺紋（wén），梯形外螺紋與內螺紋以成對方式呈現，具（jù）有牙型深、螺距較大等特（tè）征，在采用數控車床進（jìn）行加工時易產生較大的切削力與振動問題，加劇刀尖磨損程度、易引發紮刀事故，影響到工件的質量與加工生產進度。基於此（cǐ），本文擬針對（duì）梯形螺紋的常規加工工藝進行改進，並通過程序調試確保工（gōng）藝（yì）具備可（kě）行性。

1、梯形螺紋結構與加工方法

1.1 梯形（xíng）螺紋。

1.1.1 基本結構。

選取一對典型梯形螺紋副作為（wéi）參（cān）照，在該梯（tī）形螺紋副的左上方、右（yòu）上方分別設（shè）有螺杆和螺套，兩類零件的外（wài）形、尺寸與螺紋精度將直接決定零件能否正（zhèng）常旋（xuán）合。以梯形螺紋（wén） Tr36×6 為例（各結構的參數如（rú）表 1 所（suǒ）示），其（qí）牙型呈等腰梯形、牙型角為 30°，相較於其（qí）他螺紋（wén）在（zài）牙根強度、對中性上（shàng）占據良好性能優勢，其公稱直（zhí）徑為 36mm、螺（luó）距為6mm。左旋螺紋需在尺寸規格後加注“LH”，右旋螺紋則不標出。為（wéi）保障梯形螺紋質（zhì）量達標，應在加工環節確保牙型（xíng）的準確度，使螺紋中徑與基準軸保持同軸，以中徑尺寸定心，在車削加工（gōng）環節注（zhù）意控製好中徑的尺寸公差（chà）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（cái）料（liào）。

在車刀（dāo）材料選取上，主要選用硬質（zhì）合金刀片進行梯形螺紋的高速車（chē）削，考慮到（dào）數控（kòng）車（chē）床存在較嚴格的加工標準，因（yīn）此選用材質為 YT15 硬質合金的可轉位機夾刀片，保障刀片（piàn）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（biāo）準刀片（piàn），在安裝（zhuāng）刀具時控製主切削刃（rèn）與工件（jiàn）軸（zhóu）線保持等高（gāo）且平行，利用樣板進行找正（zhèng）與糾偏處理，使刀頭角平分線與工（gōng）件軸線呈垂直關係（xì），並且將車（chē）削深度控製在與（yǔ）牙型高度一致（zhì）的位置，確保中徑尺寸達標。

1.2 加工方法。

1.2.1 直進法和斜進法。

直進（jìn）法指車刀沿水平方向間歇進給至牙深部位，考慮到在車削梯形螺（luó）紋需（xū）利用車刀三（sān）刃同時切削，由此將產生較大的切（qiē）削力、加劇刀具的磨（mó）損情況，並且無法保障及時排屑，易出現紮刀問題。斜進法指以牙型角方向為（wéi）基準，將車刀沿斜向間歇進給，能夠有效減（jiǎn）少切削力（lì）及產生的排屑量，但（dàn）針對螺距（jù）較大的梯形螺紋進行（háng）加工（gōng）時，仍麵臨刀具磨損與牙型角存在偏差等問題，缺乏良好（hǎo）適用價值。

1.2.2左右切削法。

該方法（fǎ）指以牙型角反（fǎn）向為基準，將車刀（dāo）錯位（wèi）進給、實行單刃切削（xuē），借此有效規避（bì）多刃（rèn）切削引發的紮刀問題，既有助（zhù）於提升螺紋的車削精度，同時（shí）也可優化梯形螺紋表麵質量，但也存在編程複雜的問題，無（wú）法保障加工效率。1.2.3 直槽法（fǎ）和階梯槽法。采（cǎi）用直槽法進行螺紋加工，應確（què）保切槽刀的刀頭寬度（dù）不超過牙槽底寬，以小徑為參考沿橫向直進切至指定的直槽深度，並且留足 0.2mm 餘量，隨後改用梯形螺紋刀沿斜向進行加工。

該方（fāng）法將數控編程進行簡化，但同樣不適（shì）用於大螺距的螺紋加工，影響到排屑效果，加之刀頭較長影響到梯形螺紋刀的強度，極易在加工過程中產生刀頭折斷的問題。采用階梯槽法（fǎ）進行加工時，通常需先完成牙槽的分層，控製切槽刀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行加工。該方法具有良好的排屑效果，可實現梯形螺紋的批量化加工，但在將切槽刀更換為梯形螺（luó）紋刀時（shí）無法保障刀體對準螺旋直槽，易引發倒牙問題。1.2.4 分層切削（xuē）法。該（gāi）方法主要將直進法與左右切削法進行整合，先利用切槽（cáo）刀將牙槽劃分為多個梯形槽，再依照直進、左右移動的順序進行各層梯形槽的車削加工（gōng）。該方法適用於大螺距的梯形螺紋加工，能夠有（yǒu）效提高車削質量（liàng）與效率，避免（miǎn）產生紮刀問題，並且可（kě）采用宏程序進行編程處理，在梯形螺紋任意結構參數發生變化的條件下仍可保障螺紋加工精度。

2、數控車床變速車削梯形螺（luó）紋的加工（gōng）流程（chéng）優（yōu）化設計

2.1 常規加工方（fāng）法存在的缺陷。

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

通常利用數控（kòng）車床以高轉速車（chē）削梯形螺紋時，往往（wǎng）麵臨螺紋表麵粗糙度（dù）不達標的問題，同（tóng）時多個刀刃將產生較大的切（qiē）削力與振動效應，易縮短切槽刀（dāo）的使用壽（shòu）命；在以低轉速車削梯形螺紋時，往往導致生產效率大幅（fú）下降，並且當（dāng）速（sù）度驟然變（biàn）化時易（yì）引發螺紋亂（luàn）牙問（wèn）題[2]。基於此（cǐ），本文擬采用變速車（chē）削這一新型加工模式，首先（xiān）利用粗車刀以高轉速進行工件外形的車削，保障（zhàng）工件（jiàn）的大徑、中徑（jìng）和小徑數值均符合標準值要求；隨後再改用精車刀以低轉速進行工件的精車、修光處理，確保牙型角、牙頂寬與牙槽底（dǐ）寬等指標均符合（hé）要求。在此過程中，需注（zhù）意控製（zhì）好高轉速、低轉（zhuǎn）速與粗車、精（jīng）車間（jiān）的銜接過渡（dù），保障梯形螺紋的加工質量。

2.2 變速車削加工方法的應用。

2.2.1 加工方案分析。

基於GSK980TD 數控車床（chuáng）進行梯形螺紋 Tr36×6 的變速車（chē）削加工方案設計，考慮到該梯形螺紋的螺距為 6mm、保持中等水平，因此可選用斜進法與左右切削（xuē）法（fǎ）配合加工，基於 G76 指令（lìng）進（jìn）行切（qiē）削加工，依次完（wán）成粗車、精車環節的編程設計（jì），注意留足餘量。

2.2.2變速車削加（jiā）工程（chéng）序設計。

在粗（cū）車前，首先以 X 方向（xiàng）為基準留出精（jīng）車餘量 X0.5，將車床轉速設為每分鍾 560r 的高轉速水平（píng），待完成粗車（chē）後倘若直接（jiē）將轉速（sù）調低進行精車，極易產生牙槽亂牙問（wèn）題，並且易引發撞刀、刀片折斷等問（wèn）題，因此需重點做好粗車後的速度調節與工序控製。粗車程序設計如下：

在粗車完成後，首先將粗車刀（dāo）停放的位置設為 X200 Z5，隨後（hòu）進入對刀界麵在磨耗（hào）欄中輸入 U8 刀補，使坐標係上的原點朝 X 軸（zhóu）右側移動 4mm 的距離，此時刀尖較（jiào）先前提（tí）高約一個 h3的距離；隨即將數控車床的轉速降低至每分鍾 25r，再次運行粗車程序，在此環節精車刀將位（wèi）於靠近梯形螺紋表麵的（de）平（píng）麵移動，確（què）保不會接觸到梯形螺紋表麵。此時觀察梯形螺紋車刀（dāo）可發現，車刀（dāo）所處位（wèi）置較牙槽存在一定的偏移，應通（tōng）過調試使車刀重新（xīn）回到牙槽內，在此（cǐ）可（kě）將粗車（chē）程序中的起始點 Z0 調整為（wéi）- 1，再次運行粗車程序，並同時校（xiào）對車刀與梯形螺紋槽間的偏差值（zhí），調整至二者保持完全對正（zhèng）為止。接下（xià）來（lái）需針（zhēn）對偏移後的坐標係進行調（diào）整，在對刀界麵磨耗欄內輸入 U- 8 並執行程序，即可使坐標係重新（xīn）恢複至粗車加工模式（shì）下的坐（zuò）標係，隨後再次運（yùn）行粗車程序，倘若發現精車刀在車削加工過程中觸碰到牙槽，則需重新進行（háng）梯（tī）形（xíng）螺紋的粗車加工，直至精（jīng）車刀與牙型（xíng）保持（chí）一致、無表麵接觸（chù）為止。最後（hòu）需針對梯形（xíng）螺紋的小徑尺寸進行調節，選用左（zuǒ）右切（qiē）削法進行切削調試，確保精車螺紋兩側麵的偏移量符合標準件設計要（yào）求；通過進入（rù）對刀界麵調整磨耗欄中的 U 值，即可實（shí）現對中徑、小徑等尺寸的（de）精確調整，並配合三針測量法（fǎ）進行測量，計算得出梯形螺紋左右兩側麵的偏移值均為 0.26mm，確（què）保最終加工（gōng）出（chū）的梯形螺紋工件尺寸與精度達標。

2.2.3 調試結果。

通過針對變速車削加工的程序與具體參數進行多次驗證，最終確定標準化加工方（fāng）案，即先以每分鍾 560r 的高轉速運行粗車程序、完成（chéng）粗車加工，再將轉速調整至每分鍾 25r的低（dī）轉速水平，將定位坐標調（diào）整為 G0 X38 Z- 1.8，運（yùn）行（háng）精車程序、利用精車刀進行工件左右兩側麵的精修處理，最後針對中徑（jìng）、牙頂寬（kuān）、牙（yá）槽底寬等指標進行測量，以此判斷加工精度是否符合質量要求，提升梯形螺紋（wén）加工效率[3]。精車程（chéng）序設計如下：

2.3 工藝優化的注（zhù）意事項。

在采用數控車床變速（sù）車削工藝時，還應注意以下問（wèn）題：首先是在切削過程中需補充足量切（qiē）削液，在刀頭處增設頂尖，用（yòng）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（yè）過程中做（zuò）好操作人員的安全教育工作，禁止采用棉紗擦拭工件表麵，避免引發安全事故（gù）或設備損壞問題（tí）。其次應注意在精車前做好中心孔的修正工作，針對螺紋同軸精度進行（háng）嚴格校正，並（bìng）且做好精（jīng）車刀（dāo）質量的檢查，確保兩（liǎng）側（cè）刃磨平直且鋒（fēng）利，保（bǎo）障後續加工環節的（de）精車質量。再次是在車削加工梯形螺紋的（de）過程中，應盡量（liàng）調低切削用量，防止在後續切削環節因疏於管控造成工件變（biàn）形問題；在裝夾工件（jiàn）環節，應注意控製好尾座套筒的伸長（zhǎng）量，避免因套筒過短導致車刀退刀環節尾座碰撞床鞍。最後還應加強對梯形螺紋（wén）技術參數的（de）把控，例如檢查梯形螺紋的中徑是否與基準軸（zhóu）位於相同軸線上，

中徑尺寸公（gōng）差是否符合（hé）設（shè）計標準，大徑尺寸（cùn）是否控製在（zài）標準尺寸以（yǐ）內，梯形螺（luó）紋牙型角是否為 30°，梯形螺紋左右兩側的表麵粗糙（cāo）度數值是否達標等。在利用數控機床加工梯（tī）形螺紋時，還應注意做好機床設備剛度、工件與刀具材料等指標的調節（jiē），並針對編程進行精細化設計（jì），實現工藝優化目標。

3、結論

當（dāng）前在采用數控車床（chuáng）進行梯形螺紋（wén）加工環節，常麵臨粗加工吃刀深、切削餘量大、生產效率（lǜ）低、表麵粗糙度大以及編程（chéng）複雜程度（dù）高等問題。對此需針對一般加工方法做出改進，引入變速（sù）車削工藝（yì）進行加（jiā）工方法的優化，做好粗（cū）車與精車加工銜（xián）接環節轉速的調節、實現平穩過渡，避免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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