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數控車床梯形螺紋的加工方（fāng）法及改進研究

2021-10-14 來源：常州（zhōu）科技經貿技工學校作者：陳靜

摘要：本文以梯形螺紋 Tr36×6 的加工工藝（yì）作為研究對（duì）象，針對梯形螺紋的結（jié）構參數與直進法、斜進法、左右切削法、直槽法、階梯槽法、分（fèn）層切（qiē）削（xuē）法等加工方法進（jìn）行詳細（xì）分析，並以常（cháng）規加工（gōng）方法存在的刀（dāo）具磨損、排屑困難、生產效率低等工藝缺陷作為切（qiē）入點，探討了實現高轉速粗（cū）車加工與（yǔ）低轉速精車加工兩道工序間良好銜接的具體方法及程序設計（jì）思路。經多次調試與驗證後發現（xiàn），以每分鍾 560r 的轉速進行粗車加工，再（zài）將轉速下調至每分鍾 25r 進行精車加（jiā）工，即可實現（xiàn）對梯（tī）形螺紋的變速加（jiā）工（gōng），且（qiě）保障梯形螺紋工（gōng）件的質量達標，有效提（tí）高生產環節的效率，為梯形螺紋副的批量化生產創設有利條件。

關鍵詞：數控車床；梯形螺紋；變速車削

梯形（xíng）螺紋主要應用於傳動機構中作（zuò）為傳導螺紋，梯形外螺紋（wén）與內螺紋以（yǐ）成對方式呈現，具有牙型（xíng）深（shēn）、螺距較大等特征，在采用數控車床進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（gōng）生產進（jìn）度。基於此，本文擬針對梯形螺紋（wén）的常規加工工藝進行改進，並通過程序調（diào）試（shì）確保工藝具備可行性。

1、梯形螺紋結構與加工（gōng）方法

1.1 梯形螺紋。

1.1.1 基本結構。

選取一對（duì）典型梯形螺紋副作為參照，在該梯形螺紋副的左（zuǒ）上方、右上方分別設有螺杆和螺套，兩類零件的外形、尺寸（cùn）與螺紋精度將直接決定零件能否正常旋合。以梯（tī）形螺紋（wén） Tr36×6 為例（各結構的參數如表 1 所示），其牙型呈等腰梯形、牙型（xíng）角為 30°，相（xiàng）較於其他螺（luó）紋在牙（yá）根（gēn）強度、對中性上占據良好性能（néng）優勢，其公稱直徑為 36mm、螺距為6mm。左旋螺紋（wén）需在（zài）尺寸規格後加注“LH”，右旋螺（luó）紋則不（bú）標出。為保障梯（tī）形（xíng）螺紋質（zhì）量達標，應在加工環節確（què）保牙型的準確（què）度，使螺紋中徑與基準軸保持同軸，以中徑（jìng）尺寸（cùn）定（dìng）心，在車削加（jiā）工環節注意（yì）控製好中徑的尺寸公（gōng）差與（yǔ）兩側表麵粗糙度[1]。

表 1 梯形螺紋（wén）的結構及計算公（gōng）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（xíng）螺紋的（de）高速車削（xuē），考慮到數控車床存在較嚴格的加工（gōng）標準，因此選用材質為 YT15 硬質合金的可轉位機（jī）夾刀片，保障刀片在硬（yìng）度（dù）、耐磨性與使用壽命（mìng）等方麵具備良好的性（xìng）能（néng）優勢（shì）。

在車削加工環節，應注重選用（yòng）標準刀片（piàn），在安裝刀（dāo）具時控製主切削刃與工件軸線保持等高且平（píng）行，利用樣板進行找正（zhèng）與糾偏處理，使刀頭角平分線與工件軸線呈垂直關係，並且（qiě）將車削深度控製在與（yǔ）牙型高度一致（zhì）的位置，確保中徑尺（chǐ）寸達標。

1.2 加工方法。

1.2.1 直進法和（hé）斜進法。

直進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）紋需利用車刀三刃同時切削，由（yóu）此將產生較大的切削力、加劇刀具的磨損情（qíng）況，並且無法保障及時排（pái）屑，易出現紮刀問題。斜進法指以牙（yá）型角（jiǎo）方向為基準，將車刀沿斜向間（jiān）歇進給，能夠有效減少切削力及產生的排屑量，但針對螺距較大（dà）的梯形螺紋進行加工時，仍（réng）麵臨刀具磨損與牙型角存（cún）在偏差等問題，缺乏（fá）良好適用價值。

1.2.2左右切削法。

該方法指（zhǐ）以牙型角反（fǎn）向（xiàng）為基（jī）準，將車刀錯位（wèi）進給、實行單刃切削，借此有效規（guī）避多（duō）刃切削引發的紮刀問題，既有助於提升螺紋的（de）車削精度，同時也可優化梯形螺紋表麵質量，但也存在編（biān）程複雜的問題，無法保障加（jiā）工效率。1.2.3 直槽法和階梯槽法。采（cǎi）用直槽法進行螺紋加工，應確保切槽刀的刀頭（tóu）寬度不超過牙槽（cáo）底寬（kuān），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（dāo）沿斜向進行加工。

該方法將數控編程進行簡化，但同（tóng）樣不適用於大螺距的螺紋加工，影（yǐng）響（xiǎng）到排屑效果，加之刀頭較長影響到梯形（xíng）螺紋刀的強（qiáng）度，極易在加工（gōng）過（guò）程（chéng）中產生刀頭折斷的問題。采用階梯槽法進行加工時，通常需先完成牙槽的分層，控（kòng）製切（qiē）槽刀沿左右方向移（yí）動切削出階梯槽，再改用（yòng）梯（tī）形螺紋刀沿斜向進行（háng）加工。該方法具有良好（hǎo）的排屑效果，可（kě）實現梯形螺紋的批量化加工，但在（zài）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 分層切削法。該（gāi）方法主（zhǔ）要將直進法與左（zuǒ）右切削法進行整合（hé），先利用切（qiē）槽刀將牙（yá）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（cáo）的車削加工。該方法適用（yòng）於大螺距的梯形螺紋加工，能夠有效提高車（chē）削質量與效率，避免產生紮（zhā）刀問題，並且可采用宏程序進行編程處理，在梯形螺紋任意結構（gòu）參數發生變化的條件下仍（réng）可保障螺紋加（jiā）工精度。

2、數控車床（chuáng）變速（sù）車削梯形螺紋的加（jiā）工流程優化設計

2.1 常規加工（gōng）方法存在的缺陷。

通過針對（duì）四類梯（tī）形螺紋車削加工（gōng）方法進行綜（zōng）合分析，提煉出（chū）保障螺（luó）紋質量的（de）最優方法的基礎上，還應基於生產效（xiào）率與加工精度層麵進行工藝（yì）流程的（de）創新（xīn）。

通常利用數控車床以高轉速車削梯形（xíng）螺紋時，往往麵臨螺（luó）紋表麵粗糙度不達標的問題，同時多個刀刃將產生較大的切削力與（yǔ）振動效（xiào）應，易縮（suō）短切槽刀的使用壽命；在以低轉速車削梯形螺紋時（shí），往（wǎng）往導致生產效率（lǜ）大幅下降，並且當速度驟然變化時易引發螺紋亂（luàn）牙（yá）問題[2]。基於此，本文擬采用變速車削這一新型加工模（mó）式，首先利用粗車刀以高轉速進行工件（jiàn）外形的車削，保障工件的（de）大徑、中徑和小徑數值均符合標準值要求；隨後再改用精車（chē）刀以低轉速進行工件的精車、修光處（chù）理，確保（bǎo）牙型角、牙頂寬與牙槽底寬等指標（biāo）均符合要求。在此（cǐ）過程中，需注意（yì）控製好（hǎo）高轉速（sù）、低轉（zhuǎn）速與（yǔ）粗車、精車（chē）間的銜接過渡，保障梯形螺紋的加（jiā）工質量。

2.2 變速（sù）車削加（jiā）工（gōng）方法（fǎ）的應用。

2.2.1 加工方（fāng）案分析。

基於GSK980TD 數控車床進行梯形螺紋 Tr36×6 的變（biàn）速車削加工方案設計，考慮到該梯形螺（luó）紋的螺距為 6mm、保持中等水平，因此可選用斜（xié）進法與左右切削法配（pèi）合加工，基於 G76 指令進行切削（xuē）加工，依次完成粗車、精車環節的編程設計，注意留足餘量。

2.2.2變速車削加工程（chéng）序設計。

在粗車前，首先（xiān）以 X 方向為基準留（liú）出精（jīng）車餘量 X0.5，將（jiāng）車床轉速設為每分鍾 560r 的高轉速水平，待（dài）完成粗車後倘若直接將轉速調低進行精車，極易產生牙槽亂牙問題，並且易引發撞刀、刀片（piàn）折斷等問題，因此需重（chóng）點做好粗車後的速度調節與工（gōng）序控（kòng）製（zhì）。粗車程序設計如下：

在粗車完成後，首先將粗車刀停放的位置設為 X200 Z5，隨後進入對刀界麵（miàn）在磨耗欄中輸入 U8 刀補，使坐（zuò）標係（xì）上的（de）原點朝 X 軸（zhóu）右側移動 4mm 的距離，此時刀（dāo）尖（jiān）較先前提高約一（yī）個（gè） h3的距離；隨即將數（shù）控車床的轉速降（jiàng）低至每分鍾 25r，再次運行粗車程（chéng）序（xù），在此（cǐ）環節精車刀將位於靠近梯形螺紋（wén）表麵的平麵移動，確保不會接觸到梯形螺紋（wén）表麵。此時觀察梯形螺紋車刀可發現，車刀所處位（wèi）置較牙槽存（cún）在一（yī）定的偏移，應通過調試使車刀（dāo）重新回到牙槽（cáo）內，在此可（kě）將粗車程序（xù）中的起始點 Z0 調整為- 1，再次運行粗車程（chéng）序，並（bìng）同時校對車刀與（yǔ）梯形螺紋槽（cáo）間的偏差值（zhí），調整至二者保持完全對（duì）正為止。接下來需針對偏移後的坐標係進行調整，在對刀界麵磨耗欄內輸入 U- 8 並執行程序（xù），即可使坐標係重新恢（huī）複至粗車加工模式下的坐標（biāo）係，隨後再次運行粗車程序，倘若發（fā）現精車刀在車削加（jiā）工過程中觸碰到牙槽，則（zé）需重新進行梯形螺紋的粗車（chē）加工（gōng），直至精車刀與牙型保持一致（zhì）、無表麵接（jiē）觸為止。最後需針對梯形（xíng）螺紋的小徑（jìng）尺寸進行調節，選用左右切削法進行（háng）切削調試，確保精車螺紋兩側麵的偏移（yí）量符（fú）合標準件設計要求；通過進入對刀界麵調整磨（mó）耗欄中的 U 值，即可實現對中徑、小徑等尺寸的精確調整，並配合三針測量法進行測量，計算得出梯形螺紋左右（yòu）兩側麵的偏移值均為（wéi） 0.26mm，確保最終（zhōng）加工出（chū）的梯形螺紋工件（jiàn）尺寸與精度達標。

2.2.3 調（diào）試結果。

通過針對（duì）變速車削加工的程（chéng）序與具體參數進行多次驗證，最終確（què）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（jiā）工，再將轉速調（diào）整至每分鍾 25r的低轉速水平，將定位坐標調整為 G0 X38 Z- 1.8，運行精車程序、利用精車（chē）刀進（jìn）行工件左右兩側麵的精修處理，最後針對中徑、牙頂寬、牙槽底（dǐ）寬等指標進行測量，以此（cǐ）判斷加工精度是否符合質量要求，提升梯形（xíng）螺紋（wén）加工效率[3]。精車程序設計如下：

2.3 工藝優（yōu）化的注意事項。

在采用數控車床變速車削工藝時，還應注意以下問題：首（shǒu）先是在切（qiē）削過程（chéng）中需補充足量切削液，在刀頭處增（zēng）設頂尖，用於防止切削刀（dāo）具在車削（xuē）工件環節產生大幅振動，保（bǎo）障（zhàng）梯形螺（luó）紋副（fù）表麵具（jù）備良好的粗糙度，並且在數控車床執行（háng）車削作（zuò）業過（guò）程中做好操（cāo）作人員的安（ān）全教育工作，禁止采（cǎi）用棉紗擦拭工件表麵，避（bì）免引發安全事故或設備損（sǔn）壞問題。其次應注意在（zài）精車前做好中心孔（kǒng）的修正工作（zuò），針對螺（luó）紋同軸（zhóu）精度進行嚴格校（xiào）正，並且做好精車刀質量的檢查，確保（bǎo）兩側刃磨平直且鋒利，保障後續加工環節的精車（chē）質量。再次是在車削加工梯形螺紋的過程中，應盡量調低切削用（yòng）量，防止在後續切削環節因疏於管控造成（chéng）工件變（biàn）形問題；在裝（zhuāng）夾工件環節，應注意控製好尾座套筒的伸長量，避（bì）免因套筒過短導致車刀退刀環節尾座碰撞床（chuáng）鞍。最後還應（yīng）加強對梯形（xíng）螺紋技術參數的把控，例（lì）如檢查梯形螺紋的中徑是否與基準軸（zhóu）位於相同軸線上，

中徑尺寸公差是否符合設計標準，大徑尺寸是否（fǒu）控製在標準尺寸以內，梯形螺紋牙型角是否為 30°，梯形螺紋（wén）左右兩側的表麵粗糙度數（shù）值（zhí）是否達標等。在利用數控機床加工梯形螺紋時，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（chéng）進行精細化（huà）設計，實現工藝優化目標。

3、結論（lùn）

當前在（zài）采用（yòng）數控車床進行（háng）梯形螺紋加工環節（jiē），常麵臨粗加工吃刀深、切（qiē）削餘（yú）量大、生產效率低、表麵粗糙（cāo）度大以及編程複雜程度高等問題。對此需針對一般加（jiā）工方法做出改（gǎi）進，引（yǐn）入（rù）變（biàn）速車（chē）削工藝進行加工方法的優化，做好（hǎo）粗車與精車加工銜接環節轉（zhuǎn）速的調節、實（shí）現平穩過渡，避免刀（dāo）具觸碰工件表麵影響到（dào）加工質（zhì）量，並完善程序設計與（yǔ）調（diào）試工（gōng）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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