多头螺纹数控车床加工过程浅析

对钩网100

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。但在高职院校的数控车床实习培训教学中普遍存在如下现象：部分教师和绝大多数学生对螺纹加工感到棘手，特别是加工多头螺纹，更加无所适从。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。
一、螺纹的基本特性
在机械制造中，螺纹联接被广泛应用，例如数控车床的主轴与卡盘的联结，方刀架上螺钉对刀具的坚固，丝杠螺母的传动等。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。按照螺纹剖面形状的不同，主要有三角螺纹、梯形螺纹、锯齿螺纹和矩形螺纹四种。按照螺纹的线数不同，又可分为单线螺纹和多线螺纹。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。
二、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。这样既能减轻加工螺纹的加工难度又能提高工作效率，并且能保证螺纹加工质量。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。而且，在整个加工过程中，不可避免地存在刀具磨损甚至打刀等问题，一旦换刀，新刀必须精确定位在未完成的那条螺纹线上。这一切都要求操作者具备丰富的经验和高超的技能。然而，在批量生产中，单靠操作者的个人经验和技能是不能保证生产效率和产品质量的。在制造业现代化的今天，高精度数控机床和高性能数控系统的应用使许多普通机床和传统工艺难以控制的精度变得容易实现，而且生产效率和产品质量也得到了很大程度的保证。
三、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。
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5 g，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。
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R=0.144P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。
四、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。
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。程序编辑如图。（工件原点设在右端面中心）
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） P
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
3.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：(1)主轴转速S280的确定。www.vtoall.com由于数控车床加工螺纹是依靠主轴编码器工作的，主轴编码器对不同导程的螺纹在加工时的主轴转速有一个极限识别要求，要用经验公式S 1200/P-80来确定（式中P为螺纹的导程），S不能超过320r/min，故取S280 r/min。(2)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。(3)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。