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基于宏程序的梯形螺紋數控車削加工方法研究

2019-2-22 來源：合肥通用職業技術學院作者：謝超，房菁

摘要: 梯形螺紋是 30 度的螺紋牙型角，因其內外螺紋以錐面配合所以緊固不易松動，常被用于傳遞動力。本文針對梯形螺紋加工中的技術難點，通過對梯形螺紋的工藝分析和加工要領的研討，并連系 FANUC 0i 系統宏程序的應用，摸索出一種利用宏程序在數控車床上加工合格梯形螺紋的方式，經現實生產驗證可行，也拓展了宏程序的應用領域。

關鍵詞: 梯形螺紋; 宏程序; 數控車床; 加工方式

1 、引言

梯形螺紋被廣泛應用在各種傳動中，用以傳遞準確的動力和運動，特別在傳遞較大扭矩或大型設備中應用較為廣泛，所以精度要求比較高。與三角螺紋對比，梯形螺紋牙形深度大，牙形角度小，而且與梯形螺母之間尚有一定的配合精度，所以加工較為困難。

在批量不大的情況下梯形螺紋一般采取普通車床加工，但效率較低。批量比較大的情況下一般采用專用的設備，如旋風銑。用普通車床加工梯形螺紋時對機床操作者素質要求較高，螺紋加工的質量好壞與精度穩定性受人為因素影響，這就對梯形螺紋提出了高效率高精度的制造要求

數控車床加工梯形螺紋的優勢是有比較穩定的加工性能、高效率、高精度。這就為梯形螺紋的車削加工提供了良好的加工基礎，但采取數控車床加工梯形螺紋也存在著一定的技術難度，一是加工梯形螺紋的數控編程較為復雜，二是對刀具要求高，三是梯形螺紋車削時，吃刀深，切削余量大，徑向抗力大，容易產生崩刀現象，導致工件報廢或刀具損壞。

本文針對數控車削加工梯形螺紋碰到的通用難點問題，通過對梯形螺紋的加工工藝及加工要

領進行分析，連系 FANUC 0i 系統宏程序的應用進行研究，摸索出一種利用螺紋加工指令和 B 類宏程序相結合的梯形螺紋數控車削加工方法，經現實生產驗證切實可行。

2 、梯形螺紋的加工工藝分析

2． 1 梯形螺紋的加工方法

梯形螺紋的加工，通常采用材料為高速鋼的刀具進行低速車削，加工方法常用以下四種進刀方法，即: 直切法、斜切法、左右切削法和車槽法。

( 1) 直切法直切法切削梯形螺紋方法較為簡單，編程快捷適用于刀具材料和質量都比較好且加工螺距 P＜ 5mm 的梯形螺紋。加工時，車刀刀頭寬度應與梯形螺紋底部槽寬相等，刀具沿橫向( X 向) 進刀，車刀 Z 向不作運動，車刀間歇進給至牙深處，如圖 1( a) 示。直切法在數控車床上可采用螺紋循環加工指令 G92 來實現，但是采取此方法加工梯形螺紋時，螺紋車刀的三刃均參與切削，導致排屑困難，切削力和切削熱陡然增加，刀尖磨損較快; 當刀尖接近螺紋槽底時，易產生扎刀、崩刀現象。

( 2) 斜切法斜切法適用于加工 5≤P ＜ 12 的梯形螺紋。加工時，螺紋車刀沿牙型角方向斜切切削到牙型深處，如圖 1( b) 示。采用此種方法加工梯形螺紋時，螺紋車刀始終只有單邊刀刃參加切削，從而刀尖的受熱受力情況有所改善，排屑也比較順暢，在車削中不易引起“扎刀

”現象。該方法在數控車床上可采用 G76 指令來實現。

( 3) 左右切削法當使用左右切削法加工時，刀具沿牙型外輪廓方向左右交替間隙切削至牙型深處，如圖 1( c)示。此加工方法與斜切法有共同點，不同的是刀具兩個側刃交替切削，進一步減少刀具受磨損的程度，并可衍生出中左右切削法。需指出的是此加工方法需用宏指令編程來實現。

( 4) 切槽法切槽法適用于加工 p≥8mm 以上的梯形螺紋。這種切削方式是先用切槽刀開粗，然后用梯形螺紋刀精加工螺紋的兩個側面，如圖 1( d) 示。由于對刀、換刀等在實際加工中難度加大，因此這種方法的編程與加工在數控車床上較難實現。

2． 2 梯形螺紋加工方法的優化

對以上四種螺紋加工方法進行分析研究可以看出，除直切法外，其他三種螺紋車削方法在一定程度上都盡可能減少或避免三刃同時切削，這使刀尖受力得到改善，排屑較為順暢，很大程度上避免了出現振動和扎刀現象，提高了刀具切削參數，確保梯形螺紋的表面加工質量。但是要熟練掌握以上三種車削方法比較困難，操作也十分繁瑣，故該方法有待于簡單化、易操作。

為了提高表面質量和加工效率，采取左右切削法和直切法相結合形成的“分層切削法”進行梯形螺紋加工，能極大地改善梯形螺紋加工中所出現的上述問題。分層切削法在車削梯形螺紋時不宜一次性就把梯形牙槽切削加工出來，而是把牙槽形狀按照螺紋的牙型深度分成若干層，從而減少了螺紋車削時的切削力。

每一層的切削都采用先直切后，再在同一深度沿牙型角方向依次使用兩邊兩個側刃車削的方式，由于兩側刃切削時螺紋牙槽深度不變，車刀只需做先左，后右的縱向( Z 向) 進給即可。如圖 2 所示，隨著切深的增加，層間厚度不斷減小，切削時采用 a、b、c 排列順序加工。所以，分層法不會出現扎刀及振動等不利因素，此法在蝸桿或大螺距螺紋加工中其優點尤為突出。