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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（mào）技工學校作者：陳靜

摘要：本文以梯形螺紋 Tr36×6 的加工工藝作為研究對象，針對梯形（xíng）螺紋的結（jié）構參（cān）數（shù）與直進法、斜進法、左右切削法、直槽法、階梯槽法、分層切削法（fǎ）等加工（gōng）方法進行詳（xiáng）細分析，並以常規加工方（fāng）法存在的刀具磨損、排屑困難、生產效率低等工藝缺（quē）陷作為切入點，探討（tǎo）了實現高轉速粗車加工與低轉速精車（chē）加工兩道工序間良好銜接的具體（tǐ）方法及程序設計（jì）思路。經多次調試與（yǔ）驗證後發現，以每分鍾 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（jīng）車加工，即可實現對（duì）梯形螺（luó）紋的變（biàn）速加工，且保障梯形（xíng）螺紋工件的（de）質量達（dá）標，有效提高生產環節的效率，為梯形螺紋副（fù）的批量化生產創設有利條件。

關（guān）鍵詞：數控車床；梯（tī）形螺紋；變（biàn）速車削

梯（tī）形螺紋（wén）主（zhǔ）要應用於傳動機構中作為傳導螺紋，梯形外螺紋與內螺（luó）紋以成對方（fāng）式（shì）呈現，具有牙型深、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（tí），加劇刀尖磨損程度、易引發紮（zhā）刀事故，影響到（dào）工件的質量與（yǔ）加工生產進度。基於此，本文擬針對梯形螺紋（wén）的（de）常（cháng）規加工工藝進行改進，並通過程序調試確保工藝具備可（kě）行性。

1、梯形螺紋結（jié）構與加工方法

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上方、右（yòu）上方分別設有螺杆和螺套，兩類零件的外形（xíng）、尺寸與螺紋精度將直（zhí）接決定零件能否正（zhèng）常旋合。以梯形螺紋 Tr36×6 為（wéi）例（各結構的參數如表 1 所示），其牙型呈等腰梯形、牙型角為 30°，相較於其他螺紋在（zài）牙根強度、對（duì）中（zhōng）性上占據良好（hǎo）性能（néng）優勢，其公稱直徑為 36mm、螺距為（wéi）6mm。左旋螺紋需在尺寸規格後加（jiā）注“LH”，右旋螺紋則不標出。為保障梯形螺紋質量達標，應在加工環節確保牙型的準確度，使螺紋中（zhōng）徑與（yǔ）基準軸保持同軸，以中徑尺寸定心，在車削加工環節注意控製好中徑的尺寸公（gōng）差與（yǔ）兩（liǎng）側表麵粗糙度[1]。

表 1 梯形螺（luó）紋的（de）結構及計算公式

1.1.2 車（chē）刀材（cái）料。

在車刀材（cái）料選取上，主要選用硬質合金刀片進行（háng）梯形螺紋的高（gāo）速車削，考慮到數控車床（chuáng）存在較嚴格的加工標準，因此選用材質為 YT15 硬質（zhì）合（hé）金的可轉位機夾刀片，保障刀片在硬度、耐磨性與使用壽命等方（fāng）麵具備良好的性能優勢。

在車削加工環節，應注重選（xuǎn）用標（biāo）準刀片，在安（ān）裝（zhuāng）刀具時控（kòng）製主切削刃與工件軸（zhóu）線（xiàn）保持等高且平（píng）行，利用樣板進行找正與糾偏處理，使刀頭角平分線與工（gōng）件軸線呈垂直關（guān）係，並且將車削深度控製在與牙型高度一致的（de）位置，確保中徑尺寸（cùn）達標。

1.2 加（jiā）工（gōng）方法。

1.2.1 直進法和斜（xié）進法。

直進法指車刀沿水平方向間歇進給至牙深部位，考（kǎo）慮到在車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，並且無法保障（zhàng）及時排屑（xiè），易出現紮刀問題。斜進法指以（yǐ）牙型角方向為基準，將車刀沿斜向間歇進給，能夠有效減（jiǎn）少切削力及產生的（de）排屑量，但針對螺距較大（dà）的梯形螺紋進行加工時，仍麵臨刀具磨損與牙型角存在偏差等（děng）問題，缺乏良好（hǎo）適用價（jià）值。

1.2.2左右切削法。

該方法指以（yǐ）牙型（xíng）角反向為基準，將車刀錯位進給、實行單（dān）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（tī）形螺紋表麵質量，但也存在編程複（fù）雜的問題，無法保（bǎo）障加工效率。1.2.3 直槽法和階梯槽法。采用直槽法進行螺（luó）紋（wén）加工，應確保切槽刀的刀頭寬度不超過牙槽底寬，以小徑（jìng）為參考（kǎo）沿橫向直進（jìn）切至指定的（de）直槽深度，並（bìng）且（qiě）留足 0.2mm 餘量，隨後改用梯形螺（luó）紋刀（dāo）沿斜向進行加工。

該方法將數控編程進行簡化，但同樣不適用於大螺（luó）距的螺紋加工，影響到排屑效果，加之刀（dāo）頭較長影響到梯形螺紋刀（dāo）的強度，極易在加工過程中產生刀頭折斷的問題。采用階梯槽法進行加（jiā）工時，通常需先完成牙槽（cáo）的（de）分層，控製切槽刀沿左右方向移（yí）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（shí）現梯形螺（luó）紋的批量化加工，但在將切槽刀更換為梯（tī）形（xíng）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（céng）切削（xuē）法（fǎ）。該方法主要將直進法與（yǔ）左右切削法進行整（zhěng）合，先利用切槽刀將牙（yá）槽劃分為多個梯（tī）形槽，再依照直進、左右移動的（de）順序進行各層梯形槽的（de）車削加工。該方法適用於大螺距（jù）的梯形螺紋加（jiā）工，能夠有（yǒu）效提高車削質量與效率，避免產生紮刀問題，並且可采用宏程序進行編（biān）程處理，在梯形螺紋任意結構參數（shù）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（xuē）梯形螺紋的（de）加工流程優（yōu）化設計

2.1 常規加工方法存在的缺陷。

通過針對四類（lèi）梯（tī）形螺紋車削加工（gōng）方（fāng）法（fǎ）進行綜（zōng）合分析，提煉出（chū）保障（zhàng）螺紋質量的最優方法的基礎上，還應基（jī）於生產效率與加工精度層麵進行工藝流程的創新。

通（tōng）常利用數控（kòng）車床以高轉速車削梯形螺紋時，往往麵臨螺紋表麵粗糙（cāo）度不（bú）達標的（de）問題，同時多個刀刃將（jiāng）產生較大的切削力與振動效應，易縮短切槽刀（dāo）的使用壽命；在（zài）以低轉（zhuǎn）速車削梯形螺紋時，往往導致生產（chǎn）效率大（dà）幅下降，並且當速度驟然變化時易引發螺紋亂牙問題[2]。基於此，本文（wén）擬采（cǎi）用（yòng）變速（sù）車削這一（yī）新型加工模式，首先利用（yòng）粗（cū）車刀以高轉速進（jìn）行工（gōng）件外形的車削，保障工件的大徑、中徑和小徑數值均符合標準值要（yào）求；隨後再改用精車刀以低轉速進行工件的精（jīng）車、修光處理（lǐ），確（què）保（bǎo）牙型角、牙頂寬與牙槽底寬等指標均符合要求。在此過程中，需（xū）注（zhù）意控製好（hǎo）高轉速、低轉速與粗車、精車間的銜接過渡，保障梯形螺紋的加（jiā）工質量。

2.2 變（biàn）速車削加工方法的應（yīng）用。

2.2.1 加工方案（àn）分析（xī）。

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

2.2.2變速車削加工程序設計。

在粗車前，首先以 X 方向為（wéi）基準（zhǔn）留出（chū）精車（chē）餘量 X0.5，將車床轉速設為每分（fèn）鍾 560r 的高轉（zhuǎn）速水平，待完（wán）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、刀片折斷等問題，因此需重點做好粗（cū）車後的速度調節與工序控製。粗車程（chéng）序（xù）設計如下：

在粗車完成後（hòu），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，使坐標係上的原點朝 X 軸右側（cè）移動（dòng） 4mm 的距離，此時刀（dāo）尖較先前提高（gāo）約一個 h3的距離；隨即（jí）將數控車床的轉速降低至每分鍾 25r，再次運行粗車程（chéng）序，在此環節（jiē）精車（chē）刀將位於靠近梯形螺紋表麵的平麵移動，確保不會接觸到梯形螺（luó）紋表麵。此時觀察梯形螺紋車（chē）刀可發現，車刀所處位（wèi）置較（jiào）牙槽存在一定的偏移，應通過調（diào）試使車刀重新回到牙槽內，在此可將粗車程序中的起始點 Z0 調（diào）整（zhěng）為- 1，再次運行粗車程序，並同時校對車刀（dāo）與梯形螺紋槽間的偏差值（zhí），調整至二者保持完全對正為止。接下（xià）來需針對偏移後的坐標係進行調整，在對刀界麵（miàn）磨耗欄內輸入 U- 8 並執行程序（xù），即可使坐標係重新（xīn）恢複至粗車加工模（mó）式下的坐標係，隨後再次運（yùn）行（háng）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（xū）重新進行梯形螺紋的粗車加工，直至精車刀（dāo）與牙（yá）型保持（chí）一致、無表（biǎo）麵接觸（chù）為止。最後需針對梯（tī）形螺紋的小徑尺寸進行調節，選用左右切削法進行切削調試，確保精車螺紋兩側麵的（de）偏移量符合標準件設計要求；通（tōng）過進入（rù）對刀界麵調整磨耗欄中的 U 值，即可實現對中徑、小徑（jìng）等尺寸的（de）精確調整，並配（pèi）合三針測量法進行測量，計算得出梯（tī）形螺紋左右兩側麵的偏（piān）移值均為 0.26mm，確（què）保最終加工出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（jiā）工的程序與具體參數進行多次驗證，最終確定標準化（huà）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，再將轉速調整至每分鍾 25r的低轉速水平，將定位坐標（biāo）調整為 G0 X38 Z- 1.8，運行精車程序、利用精車（chē）刀進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，提升梯形螺紋加工效率[3]。精車程序設計如下：

2.3 工藝優化的注意事項（xiàng）。

在采用數控車床變速車削工藝時，還應注意以下問（wèn）題：首先是在切（qiē）削過程中需補充足量（liàng）切削液，在刀（dāo）頭處增設頂尖，用於防止切削刀具在車削工件環節產生大幅振動，保障（zhàng）梯形（xíng）螺紋副表麵具備良好的粗糙度，並且在數控車床（chuáng）執行車削作業過程中（zhōng）做好（hǎo）操作人員的安全教育工作，禁止采用棉紗擦拭工件（jiàn）表麵，避免引發安（ān）全事故或（huò）設備損壞問題（tí）。其次（cì）應（yīng）注意在精車前做好中心孔的（de）修正工作，針對螺紋同（tóng）軸精度進行嚴格校正（zhèng），並且做好精車（chē）刀（dāo）質量的檢（jiǎn）查，確保兩側刃磨平直且鋒利（lì），保障後續加工環節的精車質量（liàng）。再次是在車削（xuē）加工梯形螺（luó）紋的過程中，應盡量調低切削用量，防止在後續切削（xuē）環節（jiē）因疏於管控造成工件變形問題；在裝夾工件環節，應注（zhù）意控製好尾座套筒的伸長量，避免因套筒過短導致車（chē）刀退刀環（huán）節（jiē）尾（wěi）座碰撞床鞍。最（zuì）後還應（yīng）加強對梯形螺紋技術參數的把控，例如檢查（chá）梯形螺紋的中徑是（shì）否與基準軸（zhóu）位於相同軸線上（shàng），

中徑尺寸公差是否（fǒu）符合設（shè）計標準，大徑尺寸是否控製在標準尺寸以內，梯形螺紋牙型角是否為 30°，梯形螺紋左（zuǒ）右兩側（cè）的表麵（miàn）粗糙度數值（zhí）是（shì）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（de）調節（jiē），並針對編程進（jìn）行精細化（huà）設計，實現工藝優化（huà）目標。

3、結論

當前在采用數控車床進行梯形螺紋加工環節，常（cháng）麵臨粗加工吃刀深、切削餘量大、生產效率低、表麵粗糙度大以及編程複雜程度高等問題。對此需針對一般加工方法做出改（gǎi）進，引入變速車削工藝進行加工方法的（de）優（yōu）化，做好（hǎo）粗車與精車加工銜接環節轉速的（de）調節、實現平穩過渡，避免刀具（jù）觸碰工件表麵影響到加工質量，並（bìng）完善程序設計（jì）與調試工作，保障提升梯形螺紋加（jiā）工精度與效率，實現零部件（jiàn）批量化生產目（mù）標。

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