林新 韋德周

[摘 ? ?要]在現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)當(dāng)中，數(shù)控技術(shù)的深度應(yīng)用已成為提升螺紋加工質(zhì)量的重要措施。不同數(shù)控系統(tǒng)中所提供的螺紋加工指令，在程序編寫、加工效率以及加工精度均有不同的特點(diǎn)。針對(duì)不同的加工要求選擇數(shù)控車床系統(tǒng)，對(duì)數(shù)控車床螺紋加工故障進(jìn)行診斷與分析，妥善解決數(shù)控車床螺紋加工中存在的問(wèn)題。對(duì)數(shù)控車床螺紋加工技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行研究分析，以全面提升螺紋加工質(zhì)量，促進(jìn)數(shù)控車床螺紋加工工作的開展。

[關(guān)鍵詞]數(shù)控車床;螺紋加工;加工技術(shù)

[中圖分類號(hào)]TG519.1 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2022）05–00–03

Analysis on Thread Machining Technology of NC Lathe

Lin Xin，Wei De-zhou

[Abstract]In modern mechanical manufacturing technology， the deep application of NC technology has become an important measure to improve the quality of thread machining. The thread machining instructions provided by different NC systems have different characteristics in programming， machining efficiency and machining accuracy. According to different machining requirements， select the NC lathe system to diagnose and analyze the thread machining faults of NC lathe， and properly solve the problems existing in the thread machining of NC lathe. This paper studies and analyzes the related contents of thread processing technology of NC lathe， comprehensively improves the thread processing quality， and provides reference for the development of thread processing of NC lathe.

[Keywords]CNC lathe; thread machining; process technology

1 數(shù)控車床螺紋加工工藝

1.1 螺紋銑削加工技術(shù)

在數(shù)控車床的加工過(guò)程當(dāng)中，可選擇用螺紋鐵銷刀具對(duì)螺紋進(jìn)行直接加工，有較為良好的經(jīng)濟(jì)效益，是現(xiàn)階段常用的加工方法，也是在數(shù)控車床中經(jīng)常用到的加工工藝。在大孔螺紋加工作業(yè)以及復(fù)雜的螺紋加工作業(yè)中，其應(yīng)用范圍非常廣泛，它的加工工藝優(yōu)勢(shì)也特別明顯。在通過(guò)數(shù)控車床加工時(shí)選擇用螺紋鐵銷法可獲得相對(duì)較高的加工精度，也能確保螺紋的工作速度。螺紋洗消刀在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可選擇用同一把刀具進(jìn)行左旋螺紋處理和右旋螺紋處理，也適用于不同材料以及復(fù)雜材料的加工處理，均能確保材料加工的工藝精度。

1.2 絲錐加工法

在進(jìn)行小直徑螺紋加工環(huán)節(jié)中，絲錐加工方法的加工精度并不高，因此在面對(duì)要求較高精度加工需求時(shí)，要避免使用絲錐加工法。在絲錐加工方法應(yīng)用過(guò)程中，需要選擇適配的鉆頭直徑，確保螺紋底孔的直徑公差上限方面可相互進(jìn)行協(xié)調(diào)，減少絲錐加工法在實(shí)際加工時(shí)的絲錐受損概率。絲錐受損的原因一般都是由于絲錐和需要加工材料的接觸過(guò)程當(dāng)中，相互協(xié)調(diào)的關(guān)系難以形成，使螺紋的耐久性下降。

1.3 挑扣加工法

在數(shù)控車床螺紋加工中，挑扣加工法并不常用，主要是以采用應(yīng)急措施為主，是在沒有絲錐以及螺紋銑銷工具時(shí)應(yīng)急使用，挑扣的加工工藝一般是在箱體零件需要做大螺紋孔時(shí)，此時(shí)借助鏜刀桿和螺紋車刀來(lái)進(jìn)行鏜銷加工工作。在挑扣的加工期間，要特別注意其主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。由于主軸在轉(zhuǎn)動(dòng)前期很容易造成延時(shí)情況，因此需要針對(duì)此情況采取有效的控制辦法，防止因?yàn)橹鬏S的不當(dāng)轉(zhuǎn)速原因?qū)е侣菁y加工質(zhì)量受到影響。而在多刀桿實(shí)際工作環(huán)節(jié)中，需要保證刀桿和刀槽位置的對(duì)應(yīng)性以及一致性，防止造成亂扣的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致成品的加工效果受到影響。在挑扣中進(jìn)行多刀操作處理就是挑扣加工法，因此挑扣加工方法的實(shí)際應(yīng)用效率相對(duì)來(lái)說(shuō)比較低，不適合在大規(guī)模推廣中使用，只可以當(dāng)做應(yīng)急處理的備用方案。

2 數(shù)控車床螺紋加工精度提升措施

2.1 控制積屑瘤

積屑瘤主要形成于被切金屬以及刀口附近前方的黏結(jié)，因加工硬化的影響造成積屑瘤的硬度相對(duì)較高，然而積屑瘤在工作中具備不穩(wěn)定性特征，切削條件也會(huì)由于積屑瘤產(chǎn)生一定的變化。積屑瘤本身在穩(wěn)定的時(shí)候，可大大的降低它的熱量，并且增加其工作的前角，能有效的幫助減小刀具主偏角和切削厚度。通過(guò)刀具主偏角或是減小供給量可以有效的降低和提升切削速度，此情況都會(huì)讓切削溫度產(chǎn)生變化，在切削鋼材時(shí)，如果其表面比較平滑，那么就說(shuō)明積屑瘤較小。在實(shí)際加工期間，可選擇用性價(jià)比較高的潤(rùn)滑劑，在切削工件材料時(shí)可選擇用植物油來(lái)切割，可以有效的幫助加大材料相互間的吸附力，相互摩擦得越少所產(chǎn)生的積屑瘤數(shù)量越少，摩擦越小，積屑越少，螺紋加工質(zhì)量和螺紋精度越好。當(dāng)前角增大時(shí)，刀具與接觸面之間的壓力會(huì)有效降低，這將有效降低切削溫度和切削力，進(jìn)而有效減少切屑的出現(xiàn)。

2.2 解決車床加工影響因素

施工人員需要不定時(shí)的對(duì)機(jī)床進(jìn)行例行檢查，妥善幫助解決有可能發(fā)生的或者即將發(fā)生的故障問(wèn)題，對(duì)于車床坐標(biāo)系統(tǒng)和刀具長(zhǎng)度進(jìn)行效驗(yàn)和計(jì)算，診斷其運(yùn)動(dòng)情況，如果出現(xiàn)故障問(wèn)題時(shí)，其運(yùn)動(dòng)發(fā)出的響聲就會(huì)出現(xiàn)異常，因此可以通過(guò)這個(gè)情況去判斷出機(jī)械里面存在的問(wèn)題，通過(guò)聲音出現(xiàn)的方位進(jìn)行檢測(cè)，能快速解決數(shù)控車床中存在的故障。工作人員可通過(guò)應(yīng)用直線插補(bǔ)來(lái)幫助解決機(jī)床里的誤差問(wèn)題，全面提高螺紋的加工精度。

2.3 加工工件裝夾方式的合理選擇

數(shù)控車床的加工工件裝夾方式正常都是用組合裝夾的方式，合理選擇定位基準(zhǔn)，通過(guò)各種方式組合起來(lái)，而不是簡(jiǎn)單地選擇一種方法，組合裝夾方式能有效減少裝夾誤差以及防止工件重復(fù)裝夾。在安裝的具體過(guò)程中，要根據(jù)不同的零件結(jié)構(gòu)去選擇合適的裝夾組合方式，從而達(dá)到提高裝夾質(zhì)量以及速度，大大的加大加工效率，提高數(shù)控車床的加工精度以及產(chǎn)品質(zhì)量，促進(jìn)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。

2.4 分析機(jī)加工零件的可制造性

為了讓車床加工的精度得到更好的保證，首先需要分析被加工零件的可制造性，要根據(jù)機(jī)械零件的局部特點(diǎn)以及外部尺寸，確定加工的工藝順序，使數(shù)控車床在加工過(guò)程中最大限度的減少重復(fù)換刀的時(shí)間，致使資源和時(shí)間的浪費(fèi)達(dá)到最小，此外，還要確定其加工的基準(zhǔn)，可以使工件的重復(fù)裝夾次數(shù)大大減少并且減少裝夾誤差，保證被加工零件的輪廓位置要求以及尺寸精度。

2.5 選擇刀具材料和角度要合理

數(shù)控車床在加工的過(guò)程中，如果已經(jīng)確定好工件的夾緊方式，就需要把刀具的對(duì)刀點(diǎn)進(jìn)行確定好。刀具的設(shè)定點(diǎn)，說(shuō)的是刀具原點(diǎn)在刀具確定的坐標(biāo)系中，起初開始移動(dòng)的那個(gè)點(diǎn)。一般情況，零件對(duì)刀就是尋刀點(diǎn)的過(guò)程，數(shù)控起點(diǎn)程序就是對(duì)刀。數(shù)控車床的操作需要找到參考點(diǎn)才能控制。也要選擇合適的刀具設(shè)置。尺寸的選擇以及對(duì)刀點(diǎn)如果出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)降低車床零件的加工精度，并且在對(duì)刀過(guò)程中甚至還可能誘發(fā)安全問(wèn)題，也有可能給設(shè)備的后期使用埋下一定的安全隱患。刀具的選擇對(duì)加工精度來(lái)說(shuō)起著重要的作用。大部分?jǐn)?shù)控車床用的是系列化標(biāo)準(zhǔn)刀具，相對(duì)而言都配備了完整的刀具庫(kù)?？梢允褂玫墓ぞ弑容^多樣化，材料和性能也不盡相同。因此，數(shù)控車床工作時(shí)候選擇的刀具，應(yīng)該依據(jù)被加工零件的材質(zhì)以及需求來(lái)合理選刀具，并綜合考慮耐磨性、韌性、硬度、強(qiáng)度等方面。

3 數(shù)控車床螺紋加工故障維修措施

3.1 亂扣故障的維修措施

螺紋加工是需要多次切削才能完成，為了確保重復(fù)性切削過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)亂扣現(xiàn)象，必須要在重復(fù)性切削開始時(shí)候，其進(jìn)刀位置保證相同，主軸編碼器里的一轉(zhuǎn)信號(hào)被數(shù)控系統(tǒng)接收之后才會(huì)進(jìn)行螺紋加工計(jì)算運(yùn)動(dòng)。為此工作人員需要先看刀具選的型號(hào)有無(wú)錯(cuò)誤，通過(guò)選擇合理正確的刀具型號(hào)，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具的重新安裝和加工的目的。同時(shí)還要對(duì)主軸連接以及編碼器的同步帶進(jìn)行質(zhì)檢，看是否有出現(xiàn)松動(dòng)的情況，一旦發(fā)現(xiàn)編碼器連接和主軸連接的同步帶出現(xiàn)松動(dòng)，就要馬上進(jìn)行更換新的同步帶，同時(shí)要再次進(jìn)行間距調(diào)整工作。再者，工作人員需要對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)NO.1622進(jìn)行質(zhì)檢，看看切削的進(jìn)給加減速時(shí)間常數(shù)有無(wú)過(guò)大，用不用重新進(jìn)行設(shè)置。

3.2 刀具在工件前端停止不執(zhí)行程序

Z軸進(jìn)給和主軸旋轉(zhuǎn)之間的插補(bǔ)是數(shù)控車床螺紋加工的原理。當(dāng)螺紋加工程序發(fā)出指令時(shí)，系統(tǒng)需要從主軸檢測(cè)裝置獲得每次旋轉(zhuǎn)的信號(hào)后才能執(zhí)行螺紋加工操作，Z軸為主軸每次旋轉(zhuǎn)進(jìn)給一個(gè)螺距或?qū)С獭?shù)控車床加工螺紋時(shí)，刀具停止在工件前端并未執(zhí)行程序時(shí)，可以去觀察診斷頁(yè)面。當(dāng)看到1轉(zhuǎn)的等待信號(hào)如果為1時(shí)候，就說(shuō)明主軸編碼器的1轉(zhuǎn)信號(hào)出現(xiàn)了故障。當(dāng)進(jìn)行螺紋車削的時(shí)候，就會(huì)阻礙工件前端程序向下執(zhí)行。這時(shí)就要去質(zhì)檢主軸編碼器，同時(shí)也要對(duì)主軸編碼器進(jìn)行更新，才能很好地排除故障。如果1轉(zhuǎn)信號(hào)沒有出現(xiàn)錯(cuò)誤，可以在參數(shù)NO.1826中設(shè)置各軸的原位寬度值

3.3 車削螺紋螺距錯(cuò)誤的維修方式

數(shù)控車床螺紋在加工環(huán)節(jié)中，主軸旋轉(zhuǎn)和Z軸進(jìn)給間的插補(bǔ)控制，在螺紋加工時(shí)出現(xiàn)螺距錯(cuò)誤情況時(shí)，會(huì)由于主軸編碼器反饋信號(hào)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息并不準(zhǔn)確，為此需要及時(shí)進(jìn)行更新同步帶和主軸編碼器。如果Z軸絲杠或X軸絲杠和主軸竄動(dòng)太大時(shí)，需要馬上去調(diào)整主軸軸向竄動(dòng)，Z軸和X軸絲杠的間隙也可以根據(jù)系統(tǒng)的參數(shù)來(lái)自我調(diào)整補(bǔ)償。另外當(dāng)螺紋加工指令的程序有錯(cuò)誤情況出現(xiàn)時(shí)，要及時(shí)對(duì)相關(guān)的程序進(jìn)行檢查，保證編寫的螺距和圖紙要求的一致性。

4 數(shù)控機(jī)床螺紋加工應(yīng)用研究

4.1 螺紋尺寸計(jì)算

以《數(shù)控銑床加工技術(shù)（華中系統(tǒng)）》為例，對(duì)于數(shù)控車削螺紋加工工藝進(jìn)行研究，探究螺紋加工工藝實(shí)施中的注意問(wèn)題。普通螺紋用數(shù)控車床加工時(shí)需確定的相關(guān)尺寸一般都是以加工內(nèi)螺紋前的底孔尺寸和加工外螺紋前的光桿尺寸等尺寸為主。

（1）光桿直徑的計(jì)算需要在加工外螺紋前進(jìn)行。車削外螺紋期間，如果工件是塑性材質(zhì)時(shí)候，車削的過(guò)程中很容易遭到車刀擠壓，從而造成螺紋直徑尺寸出現(xiàn)持續(xù)性脹大。因此設(shè)置光桿直徑時(shí)候要略小于螺紋公稱的直徑：

光桿直徑=螺紋公稱直徑–（0.1～0.13）P （1）

式中，P為是螺紋的螺距。

（2）加工內(nèi)螺紋前的底孔直徑計(jì)算過(guò)程中，因?yàn)榈卓自谲囅鞯倪^(guò)程當(dāng)中非常容易遭到車刀擠壓，繼而會(huì)造成底孔直徑慢慢縮小，所以設(shè)計(jì)底孔直徑時(shí)要比螺紋內(nèi)徑略大一點(diǎn)：

塑性材料底孔直徑=公稱直徑–P

脆性材料底孔直徑=公稱直徑–（1.05～1.1）P

4.2 螺紋的起始切削位置

螺紋在加工過(guò)程中，為了有效避免出現(xiàn)“螺紋亂扣”的狀況，在同一螺紋的切削期間，需要把螺紋切削起點(diǎn)的Z坐標(biāo)設(shè)定為一個(gè)固定值，而Z坐標(biāo)在設(shè)定期間也要認(rèn)真考慮引入距離，設(shè)計(jì)螺紋切削起點(diǎn)的X坐標(biāo)時(shí)候需要比螺紋公稱直徑大。

（1）單線螺紋切削起始位置的選擇。螺紋切削的工藝主要是分層進(jìn)行切削，為了保證刀具每一次的分層切削都能切削到同一條螺紋上方，需要確保每一次開展螺紋切削起點(diǎn)的Z坐標(biāo)為同一坐標(biāo)值。

（2）選擇多線程切割的起始位置。FANUC系統(tǒng)主要選擇是軸向分型方式，通過(guò)改變螺紋切削起點(diǎn)的Z坐標(biāo)來(lái)幫助實(shí)現(xiàn)。加工第二根螺紋時(shí)，需要把第一根螺紋的切削起點(diǎn)的Z坐標(biāo)向右移動(dòng)一個(gè)螺距，進(jìn)行加工第三根螺紋時(shí)候，需要把第二根螺紋的切削起點(diǎn)的Z坐標(biāo)向右移動(dòng)一個(gè)螺距。

在華中系統(tǒng)的具體應(yīng)用過(guò)程中，可以選擇圓周分割線法，在保持螺紋切削起點(diǎn)的Z坐標(biāo)位置不變的前提下，繼而去改變螺紋切削起點(diǎn)在圓內(nèi)的位置。雙線螺紋圓周方向每隔180°需要加工一個(gè)螺紋，三線螺紋圓周方向每隔120°需要加工一個(gè)螺紋。

4.3 螺紋切削最終進(jìn)刀位置

螺紋刀在X方向的最終進(jìn)刀位置始終取決于螺紋內(nèi)徑，如式（4）所示，同時(shí)也可通過(guò)螺紋分刀表來(lái)確定。

螺紋內(nèi)徑=螺紋外徑–1.3P （4）

4.4 引入引出距離

伺服系統(tǒng)本身有一定的滯后性。在螺紋加工期間，螺紋切削的起始位置很容易出現(xiàn)“超前”，而螺紋切削的終止位置則會(huì)出現(xiàn)“滯后”，造成螺紋兩端的螺距和加工要求不能滿足相關(guān)要求。因此，刀具的引入距離應(yīng)在螺紋切削的開始位置進(jìn)行考慮，刀具的引出距離應(yīng)在螺紋切削的結(jié)束位置考慮。

4.5 主軸速度設(shè)計(jì)

在螺紋切削過(guò)程中，當(dāng)切削力比較大時(shí)，不易把轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)過(guò)高，大部分?jǐn)?shù)控車床車削螺紋的主軸轉(zhuǎn)速需要參考n<1200/P-k來(lái)確定。其中k為保險(xiǎn)系數(shù)，一般取值80。為了保證螺距的精度，需要保證主軸的轉(zhuǎn)速恒定，所以此時(shí)要采用G96恒線速度指令。

4.6 刀具安裝方法

螺紋刀具的刀尖需要設(shè)置得比車床主軸的軸線高。如果螺紋刀具的刀尖安裝過(guò)高，刀具的后刀面會(huì)抵住工件，會(huì)大程度的增加摩擦力，造成工件彎曲甚至“扎刀”。如果安裝高度過(guò)低，那么就很不利于排屑。因此，必須保證螺紋刀具頂角的對(duì)稱中心線垂直于工件軸線，以保證螺紋輪廓的正確性。在實(shí)際安裝過(guò)程中，可借助工具模板來(lái)校準(zhǔn)。

4.7 進(jìn)刀方法

華中系統(tǒng)所提供的螺紋加工指令包括G32、G82、G76。僅在刀具材料質(zhì)量好且螺距較小時(shí)，可采取直進(jìn)方法進(jìn)行加工。對(duì)于加工螺紋精度較低的工件，可確保粗精車螺紋切削起始位置一致性的條件，先行遵行G76先行粗車，同時(shí)也可遵行G32、G82指令完成精車，避免出現(xiàn)“亂扣”的情況。

5 結(jié)語(yǔ)

數(shù)控車床螺紋加工工藝具備加工效率高、經(jīng)濟(jì)性高的優(yōu)勢(shì)，為了確保螺紋加工質(zhì)量，需要靈活性應(yīng)用螺紋加工工藝技術(shù)，診斷與排除各項(xiàng)故障問(wèn)題，合理設(shè)置數(shù)控車床的螺紋加工參數(shù)，全面提升螺紋加工精度。

參考文獻(xiàn)

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