数控车床加工多头螺纹过程浅析

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摘要：数控车床主要用来加工轴类或盘类的回转零件，利用经济型数控机床加工多头螺纹，是螺纹加工的难点。本文笔者通过多年的教学实践，总结多头螺纹的加工要点和操作要领，为职业院校的数控加工实习提供理论依据。

关键词：数控车床 多头螺纹 加工操作要领

在现代工业生产中，利用数控车床加工螺纹，能大大提高生产效率、保证螺纹加工精度，减轻操作工人的劳动强度。下面通过螺纹零件的实际加工分析，阐述多头螺纹的加工步骤和方法。

1 螺纹的基本特性

在机械制造中，螺纹联接被广泛应用，它是在圆柱或圆锥表面上沿着螺旋线所形成的具有规定牙型的连续凸起和沟槽，有外螺纹和内螺纹两种。在各种机械中，螺纹零件的作用主要有以下几点：一是用于连接、紧固；二是用于传递动力，改变运动形式。三角螺纹常用于连接、坚固；梯形螺纹和矩形螺纹常用于传递动力，改变运动形式。由于用途不同，它们的技术要求和加工方法也不一样。

2 加工方法

螺纹的加工，随着科学技术的发展，除采用普通机床加工外，常采用数控机床加工。数控机床加工螺纹常用G32、G92和G76三条指令。其中指令G32用于加工单行程螺纹，编程任务重，程序复杂；而采用指令G92，可以实现简单螺纹切削循环，使程序编辑大为简化，但要求工件坯料事先必须经过粗加工。指令G76，克服了指令G92的缺点，可以将工件从坯料到成品螺纹一次性加工完成，且程序简捷，可节省编程时间。在普通车床上进行多头螺纹车削一直是一个加工难点：当第一条螺纹车成之后，需要手动进给小刀架并用百分表校正，使刀尖沿轴向精确移动一个螺距再加工第二条螺纹；或者打开挂轮箱，调整齿轮啮合相位，再依次加工其余各头螺纹。受普通车床丝杠螺距误差、挂轮箱传动误差、小拖板移动误差等多方面的影响，多头螺纹的导程和螺距难以达到很高的精度。

3 实例分析

现以FANUC系统的GSK980T车床，加工螺纹M30×3/2-5g6g为例，说明多头螺纹的数控加工过程：

工件要求：螺纹长度为25mm，两头倒角为2×45°、牙表面粗糙度为Ra3.2的螺纹。采用的材料是为45#圆钢坯料。

3.1 准备工作。通过对加工零件的分析，利用车工手册查找M30×3/2-5g6g的各项基本参数：该工件是导程为3mm纹且螺距为1.5（该参数是查表的重要依据）的双线螺；大径为30，公差带为6g，查得其尺寸上偏差为-0.032、下偏差为-0.268、公差有0.236，公差要求较松；中径为29.026，公差带为5g，查得其尺寸上偏差为-0.032、下偏差为-0.150，公差为0.118，公差要求较紧；小径按照大径减去车削深度确定。螺纹的总背吃刀量ap与螺距的关系近经验公式ap≈0.65P，每次的背吃刀量按照初精加工及材料来确定。大径是车削螺纹毛坏外圆的编程依据，中径是螺纹尺寸检测的标准和调试螺纹程序的依据，小径是编制螺纹加工程序的依据。两边留有一定尺寸的车刀退刀槽。

3.2 正确选择加工刀具。螺纹车刀的种类、材质较多，选择时要根据被加工材料的种类合理选用，材料的牌号要根据不同的加工阶段来确定。对于45#圆钢材质，宜选用YT15硬质合金车刀，该刀具材料既适合于粗加工也适合于精加工，通用性较强，对数控车床加工螺纹而言是比较适合的。另外，还需要考虑螺纹的形状误差与磨制的螺纹车刀的角度、对称度。车削45钢螺纹，刃倾角为10°，主后角为6°，副后角为4°，刀尖角为59°16′，左右刃为直线，而刀尖圆弧半径则由公式R0.144P确定（其中P为螺距），刀尖圆角半径很小在磨制时要特别细心。

4 多头螺纹加工方法及程序设计

多头螺纹的编程方法和单头螺纹相似，采用改变切削螺纹初始位置或初始角来实现。假定毛坯已经按要求加工，螺纹车刀为T0303，采用如下两种方法来进行编程加工。

4.1 用G92指令来加工圆柱型多头螺纹。G92指令是简单螺纹切削循环指令，我们可以利用先加工一个单线螺纹，然后根据多头螺纹的结构特性，在Z轴方向上移过一个螺距，从而实现多头螺纹的加工（工件原点设在右端面中心）

4.2 用G33指令来加工圆柱型多头螺纹。用G33指令来编程时，除了考虑螺纹导程（F值）外，还要考虑螺纹的头数（P值）来说明螺纹轴向的分度角。

G33 X（U） Z（W） F（E）

式中：X、Z――绝对尺寸编程的螺纹终点坐标（采用直径编程）。

U、W――增量尺寸编程的螺纹终点坐标（采用直径编程）

F――螺纹的导程

P――螺纹的头数

4.3 应用G76指令加工多线螺纹。

G76P（m）（r）（a）Q（dmin）R（d）；

G76X（U）Z（W）R（i）P（k）Q（d）F（L）；

式中：

m――精加工重复次数（1-99）,模态值

r――倒角量,模态值

a――刀尖角度（螺纹牙型角）,模态值,一般为60°

dmin――最小背吃刀量（半径值），模态值

d――精加工余量（半径值），模态值

X（U）、Z（W）――螺纹终点坐标值

i――螺纹锥度值（半径差值），若i0,则为普通圆柱螺纹，可省略

k――螺纹高度（半径值）

d――第1刀背吃刀量（半径值）

L――螺纹导程

m,r,a由地址P同时指定，例如，当m2,r1.2L,a600时，表示为P021260

5 多头螺纹加工的控制因素。

在运用程序加工多头中，要特别注意对以下问题的控制：

5.1 表面粗糙度要求。螺纹加工的最后一刀基本采用重复切削的办法，这样可以获得更光滑的牙表面，达到Ra3.2要求。

5.2 批量加工过程控制。对试件切削运行程序之前除正常要求对刀外，在FANUC数控系统中要设定刀具磨损值在0.3～0.6之间，第一次加工完后用螺纹千分尺进行精密测量并记录数据，将磨损值减少0.2，进行第二次自动加工，并将测量数据记录，以后将磨损补偿值的递减幅度减少并观察它的减幅与中径的减幅的关系，重复进行，直至将中径尺寸调试到公差带的中心为止。在以后的批量加工中，尺寸的变化可以用螺纹环规抽检，并通过更改程序中的X数据，也可以通过调整刀具磨损值进行补偿。

参考文献

［1］ 金大鹰.机械制图［M］.北京：机械工业出版社，2007

［2］ 刘虹.数控设备与编程［M］.北京：机械工业出版社，2002

［3］ 张超英.罗学科.数控加工综合实训［M］.北京：化学工业出版社，2003