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摘 要: 三角形螺紋在工程中應(yīng)用廣泛，其加工質(zhì)量是保障產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在車(chē)削加工中，根據(jù)不同材料的工件需要選用不同材料的刀具、設(shè)置不同的切削參數(shù)和選擇不同的切削液等，螺距的不同也需要采用不同的編程方法。本文結(jié)合實(shí)例從工藝因素、切削方式、程序編制和操作等方面闡述了提高三角形螺紋數(shù)控車(chē)削質(zhì)量的方法。
關(guān)鍵詞: 三角形螺紋; 刀具; 切削用量; 切削方式; 編程。
0 引 言
螺紋聯(lián)接在工程應(yīng)用中經(jīng)常用到，螺紋車(chē)削是數(shù)控車(chē)床常見(jiàn)的任務(wù)。數(shù)控車(chē)床可以加工多種螺紋而三角形螺紋加工是最為普遍的。用數(shù)控車(chē)床車(chē)削螺紋比用普通車(chē)床車(chē)削螺
紋操作方便，加工效率高，是目前加工螺紋普遍采用的方法。螺紋的加工質(zhì)量與參數(shù)工藝選擇、刀具選擇、編程和操作等因素有關(guān)。
本文以 GSK980TD 數(shù)控系統(tǒng)，加工材料為 45 鋼，毛坯為 Φ42mm 棒料，螺距為 1. 5mm 的三角螺紋為例，加工工件如圖 1 所示，就如何提高三角形螺紋的車(chē)削質(zhì)量進(jìn)行探討。
圖1 零件圖
1 、工藝因素對(duì)加工質(zhì)量的影響
螺紋加工的工藝因素是對(duì)螺紋加工質(zhì)量影響的基本因素，掌握好螺紋加工的工藝因素對(duì)提高螺紋加工質(zhì)量非常重要。
1. 1 刀具材料和刀具幾何角度的合理選擇
刀具在切削過(guò)程中要受高壓、高溫和較大摩擦力作用，因此刀具要有高硬度、高耐熱性、好的耐磨性，也要有足夠的強(qiáng)度和韌性。強(qiáng)度和韌性好的材料，其硬度和耐磨性較差，反之亦然。數(shù)控車(chē)刀常用的材料有高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷和超硬材料等。
根據(jù)工件的材料不同，選用適合的刀具，可以提高零件質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率和降低成本。
對(duì)于螺紋刀具，除了選擇合適的材料外，合理選擇刀具的幾何角度和刀尖過(guò)渡刃形狀對(duì)提高加工質(zhì)量很重要 。車(chē)刀的幾何角度有主偏角、副偏角、刀尖角、刃傾角、前角、后角和副后角。螺紋車(chē)刀的主要角度是刀尖角，其刀尖角的大小直接決定螺紋的牙型，普通三角螺紋車(chē)刀，刃傾角一般為 10°，刀尖角為 59°16'，刀尖圓弧半徑公式計(jì)算 r = 0. 144P( 式中 P為螺距)。
副偏角對(duì)表面粗糙度影響最大，主偏角和副偏角愈小，刀尖圓角半徑愈大的螺紋車(chē)刀加工出的螺紋表面質(zhì)量越低。刀具前角和后角愈大，刀具愈鋒利，螺紋表面質(zhì)量越高，但強(qiáng)度變差。
1. 2 切削用量的合理選用
合理選用切削用量對(duì)提高數(shù)控車(chē)床的加工質(zhì)量至關(guān)重要。切削用量包括背吃刀量、進(jìn)給量和切削速度，螺紋切削用量的選擇應(yīng)根據(jù)工件的材料、螺距大小以及螺紋所處的加工
位置等因素來(lái)決定。螺紋的切削用量應(yīng)逐漸減小，螺紋精車(chē)時(shí)根據(jù)材料有時(shí)可選零進(jìn)給用量。經(jīng)過(guò)總結(jié)，列出車(chē)削鋼類(lèi)材料的三角形螺紋常用切削用量表，如表 1 所示。
表 1 鋼類(lèi)材料的三角螺紋常用切削用量表
螺紋切削速度應(yīng)選低些，數(shù)控車(chē)床車(chē)螺紋主要是依靠主軸編碼器，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速選擇過(guò)高時(shí)，通過(guò)編碼器發(fā)出的定位脈沖有可能因“過(guò)沖”而導(dǎo)致螺紋爛牙，大多數(shù)數(shù)控車(chē)床的數(shù)控
1. 3 切削液的合理選擇
合理地使用切削液，能減小由于溫度升高引起的加工誤差，切削液在刀具和工件表面間形成潤(rùn)滑膜，沖走鐵屑減少刀具與工件間的摩擦，減少刀具磨損，提高刀具的使用壽命，防止工件生銹。
數(shù)控車(chē)削中常用的切削液是乳化液，濃度為5% —— 25% ，有些螺紋加工還可以選用油為切削液。在車(chē)削鑄鐵等脆性材料時(shí)，不用切削液，因?yàn)樗榍行既菀着c切削液混在一起阻塞機(jī)床床鞍的運(yùn)動(dòng)，車(chē)螺紋時(shí)可以刷少量的油; 用高速鋼刀具切削鋼、鋁等塑性金屬時(shí)，要用切削液; 當(dāng)切削液的流量能完全冷卻硬質(zhì)合金刀具時(shí)，可以提高刀具的使用壽命，所以車(chē)削鋼等塑性材料以用切削液為好。
1. 4 工件裝夾方法的合理選擇
工件的裝夾一定要牢固和有足夠的剛度。軸類(lèi)零件一般用三爪自定心卡盤(pán)直接裝夾，在保證加工長(zhǎng)度的前提下工件伸出長(zhǎng)度越小越好，保證工件的加工剛度，棒料中心線盡量與主軸中心線重合，以防止打刀。工件的裝夾方法必須合理，否則對(duì)工件的加工質(zhì)量將帶來(lái)負(fù)面影響，不能發(fā)揮數(shù)控車(chē)床高精度加工的優(yōu)越性。
2 、螺紋切削的進(jìn)刀方式
螺紋的切削方式主要是根據(jù)螺距大小來(lái)確定，受切削機(jī)床、工件材料、刀片槽形的影響。直螺紋切削的進(jìn)刀方式主要有直進(jìn)式切削、斜進(jìn)式切削和左右側(cè)面交替進(jìn)刀三種，如圖 2所示，正確選擇螺紋切削的進(jìn)刀方式對(duì)螺紋加工的質(zhì)量也很重要。
圖 2 螺紋車(chē)削進(jìn)刀方式
直進(jìn)式切削就是指螺紋刀具徑向直接進(jìn)刀，又叫徑向切削。螺紋刀的兩側(cè)刃都參加了切削，所以刀具在軸向的切削分力會(huì)相互抵消，刀具磨損均勻，減小螺紋車(chē)削時(shí)因軸向切削分力導(dǎo)致車(chē)刀偏歪的現(xiàn)象，加工的螺紋牙形清晰，質(zhì)量較好。但由于直進(jìn)式切削螺紋時(shí)受力集中，排屑不暢，散熱不好等因素，特別是車(chē)削大于 3mm 以上的螺距時(shí)，由于切削深度大，刀刃磨損較快，容易造成螺紋中徑產(chǎn)生誤差，所以直進(jìn)式切削法適用于 3mm 以下的螺紋車(chē)削。斜進(jìn)式切削是指刀具以和徑向成 27°——30°的角度進(jìn)刀車(chē)削。
在螺紋車(chē)削中，由于其為單側(cè)刃切削，刀具受力較小，排屑流暢，散熱效果好，所以加工出的螺紋表面粗糙度稍低。但是刀刃較易損傷和磨損，造成加工出的螺紋表面不直，刀尖角容易因磨損發(fā)生變化，加工出的螺紋牙形精度較差。因此，斜進(jìn)式切削適合加工螺距在 3mm 以上的螺紋。
左右側(cè)面交替進(jìn)刀是指刀具每次徑向進(jìn)給時(shí)，刀具橫向向左或向右移運(yùn)動(dòng)一定的距離，使車(chē)刀每次進(jìn)刀只有一側(cè)刃參加切削，左右交替進(jìn)行。由于此方法編程較復(fù)雜，操作不如上面兩種方便，一般用于通用車(chē)床和螺距在 3mm 以上的螺紋加工。
3 、三角形螺紋數(shù)控車(chē)削的編程
以 GSK980TD 為例，該系統(tǒng)螺紋加工指令有等螺距螺紋切削指令 G32、變螺距螺紋切削指令 G34、Z 軸攻絲循環(huán)指令G33、螺 紋 切 削 循 環(huán) 指 令 G92 和 多 重 螺 紋 切 削 循 環(huán) 指 令G76］。G32 和 G92 指令可以加工等螺距的直螺紋、錐螺紋、端面螺紋，切削方式屬于直進(jìn)式切削和左右側(cè)面交替切削，G32 指令屬于單程序段，多次走刀切削時(shí)編程較長(zhǎng)，一般不常用，G92 指令的切削方式屬于直進(jìn)式切削和左右側(cè)面交替切削，由于該指令加工螺紋中徑誤差較大，但牙形精度較高，一般多用于小螺距高精度螺紋的加工。
G76 指令可以加工帶螺紋退尾的直螺紋和錐螺紋，可實(shí)現(xiàn)單側(cè)刀刃螺紋切削，吃刀量逐漸減小，有利于保護(hù)刀具、提高螺紋精度，但不能加工端面螺紋，由于該指令工藝性比較合理且編程效率較高所以應(yīng)用較為廣泛。根據(jù)以上分析，圖 1 所示的螺紋加工用 G92 指令，G92 指令的螺紋走刀路徑如圖 3 所示，A 點(diǎn)為螺紋起刀點(diǎn)( 終點(diǎn)) ，B點(diǎn)為螺紋切削起點(diǎn)，L1 為螺紋空刀切入量( L1≥2P) ，L0 為螺紋有效切削量，L2 為螺紋空刀退出量( L2≥0. 5P) ，L3 為螺紋退尾寬度( 當(dāng)螺紋沒(méi)有退刀槽時(shí)根據(jù)螺距設(shè)置，有退刀槽時(shí)可以為 0) ，C 點(diǎn)為切削終點(diǎn)，D 點(diǎn)為螺紋徑向退刀終點(diǎn)。
圖 3 G92 指令的走刀路徑
4 、螺紋加工的操作技巧
螺紋刀的對(duì)刀技巧，螺紋刀具不像外圓車(chē)刀能精確地對(duì)出其位置。螺紋軸向?qū)Φ兑话闶强坎僮髡叩哪繙y(cè)刀尖與工件原點(diǎn)是否重合。
在螺紋軸向要求較高時(shí)，由于操作者的目測(cè)誤差，易出現(xiàn)對(duì)刀不準(zhǔn)確，造成過(guò)切的現(xiàn)象。解決此問(wèn)題，操作者可在對(duì)刀時(shí)，在軸向和徑向方向都預(yù)留對(duì)刀余量( 螺紋長(zhǎng)軸一般多留0. 5mm —— 1mm，螺紋短軸一般多留 0. 2mm ——0. 5mm) 。
通過(guò)首件試切，測(cè)量后精確調(diào)整刀補(bǔ)進(jìn)行修正( 軸向用±W，徑向用±U) ，確保不出現(xiàn)過(guò)切現(xiàn)象。螺紋刀多次使用后，特別是在加工不銹鋼、鎳合金等硬度高的材料時(shí)，刀具磨損較快，要多測(cè)量，工件在測(cè)量合格后方可卸下，掌握刀具磨損規(guī)律，可在程序運(yùn)行前修改刀補(bǔ)，提高螺紋加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
5 、結(jié)語(yǔ)
在實(shí)際加工生產(chǎn)中，除了根據(jù)工件材料、螺距等選擇適合的刀具，還要根據(jù)螺紋的螺距及加工特點(diǎn)來(lái)選擇適宜的編程方式，靈活地運(yùn)用螺紋加工指令，有時(shí)還可以采用兩次加工，循環(huán)指令( G76) 和單段指令( G32) 相結(jié)合的方法，發(fā)揮各指令的特長(zhǎng)，保證螺紋的加工質(zhì)量。合理運(yùn)用以上知識(shí)，可有效地提高螺紋加工的合格率，保證三角形螺紋的加工質(zhì)量。
來(lái)源：鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 作者：牛瑞利
