基于螺纹加工中数控车床的应用分析

基于螺纹加工中数控车床的应用分析

作者：祝贤海

来源：《商品与质量·学术观察》2013年第05期

摘要：本文结全多年工作实际，主要对螺纹加工中数控车床的应用作出相关问题分析，并从尺寸确定、刀具安装、主轴转速、进刀方式等方面在论述了数控车床在螺纹车削中的应用。以供参考！

关键词：数控车床 螺纹加工 应用分析

在机器制造业中，有许多零件都具有螺纹，由于螺纹常用于紧固、联接及调节，又可用来传递动力，因此应用十分广泛。虽然螺纹的加工方法很多，但在一般的机械加工厂中，通常还是采用车削加工，螺纹车削要求车床主轴与刀具之间必须保持严格的运动关系：即主轴每转一转（即工件转一转），刀具应均匀地移动一个（工件的）导程的距离。在车削加工中相对较为复杂，较难把握，用数

控车床车削螺纹相对于用普通车床车削螺纹来说比较省心，但要车出高质量的螺纹还是要注意以下几方面问题。数控车床对普通螺纹的加工需要一系列尺寸，普通螺纹加工的尺寸主要包括以下两个方面

（1）加工外螺纹时零件材料受车刀挤压而使外径胀大，因此考虑螺纹加工牙型的膨胀量，螺纹加工前工件直径应比螺纹公称直径小（0.2～0.4）mm，一般取： d轴≈d-0.1P； d——外螺纹大径；P——螺距，即螺纹加工前工件直径为螺纹大径减0.1倍螺距。

（2）加工内螺纹时零件材料受车刀挤压而使内孔直径减小，所以车削内螺纹的底孔直径一般为：车削塑性金属时：D孔≈D-P；车削脆性金属时：D孔≈D-（1.05～1.1）P； D——内螺纹大径；P——螺距。螺纹刀最终进刀位置可以参考螺纹底径，即：螺纹小径=大径-1.3P（螺距）螺纹加工的进刀量应不断减少，具体进刀量根据刀具及工件材料进行选择。

车削螺纹时，为了保证牙形正确，对安装螺纹车刀提出了严格的要求。安装时刀尖高度必须对准工件旋转中心（可根据尾座顶针高度检查），车刀安装得过高，则吃刀到一定深度时，车刀的后刀面顶住工件，增大摩擦力，甚至把工件顶弯，造成啃刀现象；过低，则切屑不易排出，车刀径向力的方向是工件中心，加上横进丝杠与螺母间隙过大，致使吃刀深度不断自动趋向加深，从而把工件抬起，出现啃刀。此时，应及时调整车刀高度，使其刀尖与工件的轴线等高（可利用尾座顶尖对刀）。在粗车和半精车时，刀尖位置比工件的出中心高1%D左右（D表示被加工工件直径）。车刀刀尖角的中心线必须与工件严格垂直，装刀时可用样板来对刀。如果车刀装歪，就会产生牙形歪斜；刀头伸出不能太长，一般为20～25mm（约刀杆厚度的1.5倍）。

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在螺纹加工中，原则上其转速只要能保证主轴每转一周时，刀具沿主进给轴（多为Z轴）方向位移一个螺距。对于螺距为3，进给速度为3mmpr。与普通车削（其中典型的进给速度大约为0.3mmpr）相比，螺纹车削的进给速度要高出10倍。螺纹加工刀具刀尖处所受的作用力要比普通车床车削高100～1000倍。承受这种作用力的螺纹加工刀具刀尖半径受许可的螺纹形状根部半径（其大小由相关螺纹标准规定）的严格限制，一般为0.04mm，而常规车削刀具的刀尖半径为0.8mm。

切削力较高和作用力聚集范围较窄导致的结果是：螺纹加工刀具要承受比一般车刀高得多的应力。因此加工螺纹时受机床的最高进给速度的限制，车削螺纹的转速不宜过高，进给速度不能大于最高的进给速度。在数控车床上加工螺纹，刀具的进刀方式有三种，分别为直进法，斜进法，左右切削法，如图所示。而数控车床中螺纹加工指令主要有G32、G92和G76。 （1）指令G32、G92均为直进法切削，由于刀具两侧刃同时工作，切削力较大，而且排削困难，因此在切削时，两切削刃容易磨损，在加工中要做到勤测量。在切削螺距较大的螺纹时，由于切削深度较大，刀刃磨损较快。但其加工的螺纹牙形精度较高，因此主要适用于小螺距螺纹加工，切屑成形柔和，刀具磨损均匀。

G32由于其刀具移动切削均靠编程来完成，所以加工程序较长；G92简化了编程，较G32指令提高了效率。

（2）指令G76为斜进法切削，由于刀具单侧刃加工，加工刀刃容易损伤和磨损，使加工的螺纹面不直，刀尖角发生变化，而造成牙形精度较差。但由于其为单侧刃工作，刀具负载较小，将切屑流动引向一个方向，可以较好控制切屑，排屑容易，并且切削深度为递减式。因此，此加工方法一般适用于较大螺距螺纹和内螺纹的切削，以及排屑不畅和切削振动比较大的情况。由于此加工方法排屑容易，刀刃加工工况较好，在螺纹精度要求不高的情况下，此加工方法更为方便。在加工较高精度螺纹时，可采用两刀加工完成，既先用G76加工方法进行粗车，然后用G32加工方法精车。但要注意刀具起始点要准确，不然容易乱扣，造成零件报废。

（3）当螺纹的牙形既宽又深（大尺寸牙形）时，径向进刀、侧向进刀无法实现，在牙宽方向需要采用左右切削法切削，在牙深方向需要分层多次进刀的方式来实现。采用交替、分层多次进刀的方式加工螺纹，刀具磨损均匀，刀具寿命长，螺纹加工质量好，但加工程序需要用户使用宏程序编写。

（4）螺纹加工完成后可以通过观察螺纹牙型判断螺纹质量及时采取措施，当螺纹牙顶未尖时，增加刀的切入量反而会使螺纹大径增大，增大量视材料塑性而定，当牙顶已被削尖时增加刀的切入量则大径成比例减小，根据这一特点要正确对待螺纹的切入量，防止报废。螺纹车削的进给速度与普通车削相比速度高出许多，当切削螺纹时进给系统需要加速，需要一段距离（导入长度）；当螺纹切削停止时，进给系统需要减速，亦需要一段距离（切出长度）。在导

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入长度、切出长度加工的螺纹是不完全螺纹，导入和切出长度的数值与螺纹的螺距和螺纹的精度有关。因此，加工螺纹时，应根据机床说明书选择合理的导入长度和切出长度。

在实际生产中，一般导入长度取2P（螺距），大螺距和高精度的螺纹取大值；切出长度不得大于退刀槽长度，通常为退刀槽宽度的一半左右，若螺纹收尾处没有退刀槽时，收尾处的形状与数控系统有关，一般按450退刀收尾，并且粗、精车时螺纹刀的起点应相同。 总之，螺纹切削中要正确计算尺寸，合理选择并正确安装车刀，另外，由于切削力较大，所以吃刀量要小，否则可能会因工件移位导致乱扣；加工时主轴转速一般在650r/min ，切削过程中不能变速，否则会乱扣；用G32或G92编程时，可多走一到两次的空刀，以提高螺纹表面的粗糙度等级。车削螺纹时，恰当地使用切削液，也可提高生产率和零件质量。