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數控（kòng）車床梯形螺紋的加工方法及改進研究

2021-5-25 來源：常州科技（jì）經貿技（jì）工（gōng）學校作者：陳靜

摘要：本文以梯形螺紋 Tr36×6 的加工工藝作為（wéi）研究對象，針對梯形螺（luó）紋的（de）結構參數與直進法（fǎ）、斜進法（fǎ）、左右切削法、直槽（cáo）法、階梯槽法（fǎ）、分（fèn）層切削法等加工方法進行詳細分（fèn）析，並以常規加（jiā）工方法存在的刀具磨損、排屑困難、生產效率低等（děng）工藝缺陷作為切入點，探（tàn）討了實現高轉速粗車加工與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，以每分鍾 560r 的轉速進（jìn）行粗車加（jiā）工，再將轉速下調至每分鍾 25r 進行精車加工，即可實（shí）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，有效（xiào）提高生產環節的效率，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（wén）；變速車削（xuē）

梯形螺（luó）紋（wén）主要應（yīng）用於傳動機構中作為傳導螺紋，梯形外螺紋與內（nèi）螺紋以成對方式呈現，具有牙型深、螺距較大等特征，在采用數（shù）控車床進行加工時易（yì）產生較大的（de）切削力與振動問題，加劇刀尖（jiān）磨（mó）損程度（dù）、易引發紮刀事故，影響到工件的質量與加工生（shēng）產進（jìn）度。基於此，本文擬（nǐ）針對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藝具（jù）備可行性。

1 、梯形螺紋結構與加工方法

1.1 梯形螺紋

1.1.1 基本結構

選取一對典型梯形（xíng）螺紋副作為參照，在該梯形螺紋副的左上方、右上（shàng）方分別設有螺杆（gǎn）和螺套，兩類零（líng）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。以梯形螺紋 Tr36×6 為例（各結構（gòu）的參數如表 1 所示），其牙型呈（chéng）等腰梯形、牙型角為 30°，相較於其他螺紋在牙根強度、對中性上占據良好性能優（yōu）勢，其公稱直徑（jìng）為 36mm、螺距為6mm。

左旋螺紋需在尺寸規（guī）格後加注“LH”，右（yòu）旋（xuán）螺紋則（zé）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，使螺紋中徑與基準軸保持同軸，以中徑尺寸定心，在車削加工環節注意控製好中（zhōng）徑（jìng）的尺寸公差與兩側表麵粗糙（cāo）度。

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（shàng），主要選用硬質（zhì）合金刀（dāo）片進行梯形螺紋的高速（sù）車削，考慮到數控（kòng）車床（chuáng）存在較嚴格的加（jiā）工標（biāo）準，因此選用材質（zhì）為 YT15 硬質合金（jīn）的（de）可轉位機夾刀片，保障（zhàng）刀片在硬度、耐磨性與使用壽命等方（fāng）麵具備（bèi）良好的性能優勢。在車削加工環節，應注重選用標準刀片，在（zài）安（ān）裝刀具時控製主切削刃與工件（jiàn）軸線保持等高且平行，利用樣板進行找正與糾偏（piān）處理，使刀（dāo）頭角平分線與工件軸線（xiàn）呈垂（chuí）直關係，並且將車削深度控製在與牙型高度一致的（de）位置，確保中徑尺寸達標（biāo）。

1.2 加工方法

1.2.1 直進法和斜進法

直進法指（zhǐ）車（chē）刀沿水平方向間歇進給至牙深部位，考慮到在車削梯形（xíng）螺紋需利用車刀三刃（rèn）同時切削（xuē），由此將產生較大的切削力、加劇刀具的磨損情況，並且（qiě）無法保障及時排屑，易出現紮刀問題。斜進法（fǎ）指以牙型（xíng）角方向為基準，將車刀（dāo）沿斜向間歇進給，能夠有效減少切削（xuē）力及（jí）產生的（de）排屑量，但針（zhēn）對螺距較大的梯（tī）形（xíng）螺紋（wén）進行加工時，仍麵臨（lín）刀具磨損與牙型（xíng）角存在偏差等問題，缺乏良好適用價值。

1.2.2左右切（qiē）削法

該方（fāng）法指（zhǐ）以牙型角反向（xiàng）為基準，將車刀（dāo）錯位進給、實（shí）行單刃切削，借此有（yǒu）效規避多刃切削引發的紮刀問題，既有助於提升螺紋的車（chē）削精度，同（tóng）時也可優化梯形螺紋表麵質（zhì）量，但也存在編程複雜（zá）的問題，無法保障加工效率

1.2.3 直槽（cáo）法和階梯槽法

采（cǎi）用直槽法（fǎ）進行螺紋加工，應確保切（qiē）槽刀的刀頭寬度不超過（guò）牙槽底寬，以小徑為參考沿（yán）橫向直進切至指定的直槽深度，並（bìng）且留足 0.2mm 餘量，隨後改（gǎi）用梯形螺紋刀沿斜向進行加工。該方法將數控編程進行簡化（huà），但（dàn）同樣不適（shì）用（yòng）於大螺距（jù）的（de）螺紋加工，影響到排屑（xiè）效果（guǒ），加之刀頭較（jiào）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（xuē）出階梯（tī）槽，再改用梯形（xíng）螺紋刀沿斜向進行加工。該方法具有良好的排（pái）屑效果，可實現梯形螺紋的批量化加工，但（dàn）在將切槽刀更（gèng）換為梯形螺（luó）紋刀時無法保障刀體對準螺旋直槽，易引發倒牙（yá）問題。

1.2.4 分層切削法

該方法（fǎ）主要將直進法與左右切削法進行整合，先利用切槽刀將牙槽劃分（fèn）為多個梯形槽，再（zài）依照直進、左右移動的順序進（jìn）行（háng）各層梯形（xíng）槽的車削加工。該方法適用於大螺距的梯形螺紋（wén）加工，能夠有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（xù）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（biàn）速車削梯形螺紋（wén）的加工流程優化設計

2.1 常規加工（gōng）方法存在的缺陷

過針（zhēn）對四（sì）類梯形螺紋車削加工方法（fǎ）進行綜（zōng）合分析，提煉（liàn）出（chū）保（bǎo）障螺紋質量的最優方法的（de）基（jī）礎上，還應基於生產（chǎn）效率與（yǔ）加工精度層麵進行工藝流程的創新。

通（tōng）常（cháng）利用數控車床以高轉速（sù）車削梯（tī）形螺紋（wén）時，往往麵臨螺紋（wén）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削力（lì）與振動效（xiào）應，易縮短切槽刀（dāo）的使用壽（shòu）命；在以低轉速車削梯形螺（luó）紋時，往往導致生產效率大幅下降，並且當速度驟然（rán）變化時易引發螺紋（wén）亂牙（yá）問（wèn）題。

基於此，本（běn）文（wén）擬采用變速車削這一新型加工模式，首先利用粗車刀以高（gāo）轉速進行工件外形的（de）車削，保障工件的（de）大徑、中徑和小徑數值均符合（hé）標準值（zhí）要求；隨後再改用精車刀以低轉速進行工件的精車、修光（guāng）處理，確保牙型（xíng）角、牙頂寬與牙槽底寬等指標均符（fú）合要求。

在此過程中，需注意控製好高轉速、低轉速（sù）與粗車、精車間的銜接過渡，保障梯形（xíng）螺紋的加質量。

2.2 變（biàn）速車削加工方法（fǎ）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（tī）形螺紋的螺距為（wéi） 6mm、保持（chí）中等水平，因此（cǐ）可選用斜進法與左右切削法配合加工（gōng），基於（yú） G76 指令進（jìn）行切削加工，依次完成（chéng）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（zài）粗車前，首先以 X 方向為基準（zhǔn）留出精車餘（yú）量 X0.5，將車床轉速設為每分鍾 560r 的高轉速水平，待完成（chéng）粗車後倘若直接將轉速調低進行精車，極易產生牙（yá）槽亂牙問題（tí），並且易引（yǐn）發撞刀、刀片折斷等問題，因此需重（chóng）點做好粗車後的速度調節與工序（xù）控製。

粗車程序設計如下（xià）：

在粗車完（wán）成後，首（shǒu）先將粗車刀停放的位置設（shè）為 X200 Z5，隨後進入對刀界麵在磨耗欄中輸入 U8 刀補，使坐標係上的原點朝 X 軸右側移動 4mm 的距離（lí），此時刀尖較先（xiān）前提高（gāo）約一個 h3的（de）距離；隨即將數控車床的轉速降（jiàng）低至每（měi）分鍾 25r，再次運行粗車程序（xù），在（zài）此（cǐ）環（huán）節精車刀將位於靠近梯形螺（luó）紋表麵的平麵移動，確保不會接觸到梯形螺紋表麵。

此時觀（guān）察梯形螺紋車刀可發現，車刀所處位置較牙槽存（cún）在一定的偏移，應通過調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 調整為（wéi）- 1，再次運行粗（cū）車程序，並同時校對車刀與梯形螺紋槽間的偏差值，調整至二（èr）者保持完全對正為止。

接下來需針對偏（piān）移後的（de）坐標係進行調整（zhěng），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複至粗車加工模（mó）式下的坐（zuò）標係，隨後再次運行粗（cū）車程（chéng）序（xù），倘若發現精車刀在車（chē）削加工過程中（zhōng）觸碰到牙槽，則需重新進行梯形螺紋的粗車加工，直（zhí）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（jìng）尺寸（cùn）進行調節，選用左右切削法進行切削調試，確保精車螺紋（wén）兩側麵的偏（piān）移量符合標（biāo）準件設計要求；通過進入對刀界麵調整磨耗欄中的 U 值，即可實現對中徑、小徑等尺寸的精確調（diào）整，並（bìng）配合三針測量法（fǎ）進行測量，計算得出梯形螺紋（wén）左右兩（liǎng）側麵的偏移值均為 0.26mm，確保最終加工出的梯（tī）形（xíng）螺紋工件尺（chǐ）寸與精度達（dá）標。

2.2.3 調試結果

通過針對變速車削加工的程序與（yǔ）具體（tǐ）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（jiāng）轉速調（diào）整至每分鍾 25r的低轉速水平，將定位坐標調整為（wéi） G0 X38 Z- 1.8，運行精車程序、利用精車刀進行工件左右兩側麵的精修處理，最（zuì）後針對中徑、牙頂寬、牙槽底寬等（děng）指標進行（háng）測量，以（yǐ）此判斷加工精度是（shì）否符合質量要求，提升梯（tī）形螺紋加工效率。精車程序設計如下：

2.3 工藝優化的注意事項

在采用（yòng）數控車床變速車削工藝時，還應注意以下問題：首先是在切削過程中需補充足量切削液，在刀頭處（chù）增設頂尖，用於防止切削（xuē）刀具在車削工（gōng）件環節產生大幅振動，保障梯形螺紋副表麵具備良好的粗糙（cāo）度，並且在數控車床執（zhí）行車削作業過（guò）程中做好操作人員的安全教育工（gōng）作，禁止（zhǐ）采用棉紗擦拭（shì）工件表麵，避免引發安全事故或設備損壞問題。

其（qí）次應注意在精車前（qián）做好中心孔的（de）修正工作（zuò），針對螺紋同軸精度進行嚴（yán）格校正，並且做好精車刀質量的檢查，確保兩側（cè）刃磨平直且（qiě）鋒利，保障後續加工環節的精車質量。

再次是在車削加工梯形螺紋的過程（chéng）中，應盡量調低切削用量，防止在後續切削（xuē）環節因疏於管控造成（chéng）工件變形問題；在裝夾工件環（huán）節，應注意控製好尾座套筒（tǒng）的伸長量，避免因（yīn）套（tào）筒過短導致（zhì）車刀退刀環節尾座碰撞床鞍。

最後（hòu）還應加強對梯形螺紋（wén）技術參（cān）數的把控，例如檢查梯形螺紋的中徑是（shì）否與基準軸位於相同軸線上，中徑尺寸公差（chà）是否符合設計標準，大徑尺寸（cùn）是否控製在標準（zhǔn）尺寸（cùn）以內，梯形螺紋牙型角是否為 30°，梯形螺紋左右（yòu）兩側（cè）的（de）表麵粗糙度數值是否達標等。在利用數控機床（chuáng）加工梯形螺紋時（shí），還應注意做好機床設備（bèi）剛度、工件與刀具材料等指標的調節，並針對編程進行（háng）精細化設計，實（shí）現工藝優化（huà）目標（biāo）。

3 、結論

當前在采用數（shù）控（kòng）車床（chuáng）進行梯形螺紋加工環節，常麵臨粗加工吃刀深（shēn）、切削（xuē）餘量大、生產效率低（dī）、表麵粗糙度大以及編程（chéng）複雜程度高等問題。對此需針對一般加工方法（fǎ）做出改進，引入變速車削工藝進行加工方法的優化，做好粗車與精（jīng）車加工銜接環節（jiē）轉速（sù）的調節（jiē）、實（shí）現平穩（wěn）過渡，避免刀具觸碰工件表麵（miàn）影響到加工質量，並完善程序設計與調試工作，保障提（tí）升梯形螺紋加工（gōng）精度與效率，實現（xiàn）零部件批量化生（shēng）產（chǎn）目標

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