数控车床上加工梯形螺纹

数控车床上加工梯形螺纹内容摘要：在数控车床上加工梯形螺纹是一个全新的课题，本文通过对梯形螺纹加工的工艺分析和加工方法的研讨，探索出一套可以在数控车床上加工出合格梯形螺纹的方法在普通车床的生产实习过程中，加工梯形螺纹课题是最基本的实习课题，但在数控车床实习过程中，常常由于加工工艺方面的原因，却很少进行梯形螺纹的加工练习，甚至有人提出在数控车床上不能加工梯形螺纹，显然这种提法是错误的。其实，只要工艺分析合理，使用的加工指令得当，完全可以在数控车床上加工出合格的梯形螺纹。一、梯形螺纹加工的工艺分析1.梯形螺纹的尺寸计算梯形螺纹的代号梯形螺纹的代号用字母“Tr”及公称直径×螺距表示，单位均为mm。左旋螺纹需在尺寸规格之后加注“LH”，右旋则不用标注。例如Tr36×6,Tr44×8LH等。国标规定，公制梯形螺纹的牙型角为30°。梯形螺纹的牙型如图（1），各基本尺寸计算公式如表1-1。图1梯形螺纹的牙型2.梯形螺纹在数控车床上的加工方法直进法螺纹车刀X向间歇进给至牙深处（如图2a）。采用此种方法加工梯形螺纹时，螺纹车刀的三面都参加切削，导致加工排屑困难，切削力和切削热增加，刀尖磨损严重。当进刀量过大时，还可能产生“扎刀”和“爆刀”现象。这种方法数控车床可采用指令G92来实现，但是很显然，这种方法是不可取的。斜进法螺纹车刀沿牙型角方向斜向间歇进给至牙深处（如图2b）。采用此种方法加工梯形螺纹时，螺纹车刀始终只有一个侧刃参加切削，从而使排屑比较顺利，刀尖的受力和受热情况有所改善，在车削中不易引起“扎刀”现象。该方法在数控车床上可采用G76指令来实现。交错切削法螺纹车刀沿牙型角方向交错间隙进给至牙深（如图2c）。该方法类同于斜进法，也可在数控车床上采用G76指令来实现。切槽刀粗切槽法该方法先用切槽刀粗切出螺纹槽（（如图2d），再用梯形螺纹车刀加工螺纹两侧面。这种方法的编程与加工在数控车床上较难实现。表1-1梯形螺纹各部分名称、代号及计算公式名称代号计算公式牙项间隙acP1.5～56～1214～44ac0.250.51大径d、D4d=公称直径，D4=d+ac中径d2、D2d2=d-0.5P,D2=d2小径d3、D1d3=d-2h3,D1=d-p牙高h3、H4h3=0.5p+ac,H4=h3牙顶宽f、f′f=f′=0.366p牙槽底宽W、W′W=W′=0.366p-0.536ac图2梯形螺纹的几种切削方法3.梯形螺纹测量梯形螺纹的测量分综合测量、三针测量、和单针测量三种。综合测量用螺纹规测量，中径的三针测量与单针测量如图3所示，计算如下：图3梯形螺纹中径的测量M=d2+4.864dD-1.866P(dD表示测量用量针的直径，P表示螺距。)A=（M+d0）/2（此处d0表示工件实际测量外径）二、梯形螺纹编程实例例如图4所示梯形螺纹，试用G76指令编写加工程序。1．计算梯形螺纹尺寸并查表确定其公差大径d=360–0.375；中径d2=d-0.5P=36-3=33,查表确定其公差，故d2=33–0.118–0.453；牙高h3=0.5P+ac=3.5；小径d3=d-2h3=29,查表确定其公差，故d3=290–0.537；牙顶宽f=0.366P=2.196牙底宽W=0.366P-0.536ac=2.196-0.268=1.928用3.1mm的测量棒测量中径，则其测量尺寸M=d2+4.864dD-1.866P=32.88,根据中径公差确定其公差，则M=32.88–0.118–0.453；2.编写数控程序O0308；G98G40G21；G28U0W0；T0202；M03S400；G00X37.0Z3.0；G76P020530Q50R-0.08；(设定精加工两次，精加工余量为0.16mm，倒角量等于0.5倍螺距,牙型角为30°，最小切深为0.05mm。)G76X28.75Z-40.0P3500Q600F6.0；（设定螺纹高为3.5mm，第一刀切深为0.6mm。）G00X150.0；M05；M30；以上程序在螺纹切削过程中采用沿牙型角方向斜向进刀的方式，如图2b所示。在FANUC-0i系统中，有时还可采用如图2c所示交错螺纹切削方式，G76编程如下所示：G76X28.75Z-40.0K3500D600F6.0A30.0P2；K：螺纹牙型高度。D：第一次进给的背吃刀量。A：牙型角度。P2：采用交错螺纹切削。3.计算Z向刀具偏置值在梯形螺纹的实际加工中，由于刀尖宽度并不等于槽底宽，因此通过一次G76循环切削无法正确控制螺纹中径等各项尺寸。为此可采用刀具Z向偏置后再次进行G76循环加工来解决以上问题，为了提高加工效率，最好只进行一次偏置加工，因此必须精确计算Z向的偏置量，Z向偏置量的计算方法如图5所示，计算如下：设M实测-M理论=2AO1=δ，则AO1=δ/2如图5所示，四边形O1O2CE为平行四边形，则ΔAO1O2≌ΔBCE，AO2=EB。ΔCEF为等腰三角形，则EF=2EB=2AO2。AO2=AO1×tan(∠AO1O2)=tan15°×δ/2Z向偏置量EF=2AO2=δ×tan15°=0.268δ实际加工时，在一次循环结束后，用三针测量实测M值，计算出刀具Z向偏置量，然后在刀长补偿或磨耗存贮器中设置Z向刀偏量，再次用G76循环加工就能一次性精确控制中径等螺纹参数值。图5Z向刀具偏置值的计算三、结论通过以上的实例分析我们可以得出结论，要想在数控机床上方便地加工出梯形螺纹，关键是做好如下几点：1.合理选择梯形螺纹的加工指令，通常选G76指令。2.准确设定G76指令的参数值，这些值通常通过对梯形螺纹的分析计算获得。3.根据初步测量得出的中径值，精确计算出Z向刀具偏置值，从而准确控制梯形螺纹的中径值。车螺纹简介将工件表面车削成螺纹的方法称为车螺纹。螺纹按牙型分有三角螺纹、梯形螺纹、方牙螺纹等（图1）。其中普通公制三角螺纹应用最广。图1螺纹的种类1.普通三角螺纹的基本牙型普通三角螺纹的基本牙型如图2所示，各基本尺寸的名称如下：图2普通三角螺纹基本牙型D—内螺纹大径（公称直径）；d—外螺纹大径（公称直径）；D2—内螺纹中径；d2—外螺纹中径；D1—内螺纹小径；d1—外螺纹小径；P—螺距；H—原始三角形高度。决定螺纹的基本要素有三个：牙型角α螺纹轴向剖面内螺纹两侧面的夹角。公制螺纹α=60o，英制螺纹α=55o。螺距P它是沿轴线方向上相邻两牙间对应点的距离。螺纹中径D2(d2)它是平螺纹理论高度H的一个假想圆柱体的直径。在中径处的螺纹牙厚和槽宽相等。只有内外螺纹中径都一致时，两者才能很好地配合。2.车削外螺纹的方法与步骤（1）准备工作1）安装螺纹车刀时，车刀的刀尖角等于螺纹牙型角α=60o，其前角γo=0o才能保证工件螺纹的牙型角，否则牙型角将产生误差。只有粗加工时或螺纹精度要求不高时，其前角可取γo=5o～20o。安装螺纹车刀时刀尖对准工件中心，并用样板对刀，以保证刀尖角的角平分线与工件的轴线相垂直，车出的牙型角才不会偏斜。如图3所示。图3螺纹车刀几何角度与用样板对刀2）按螺纹规格车螺纹外圆，并按所需长度刻出螺纹长度终止线。先将螺纹外径车至尺寸，然后用刀尖在工件上的螺纹终止处刻一条微可见线，以它作为车螺纹的退刀标记。3）根据工件的螺距P，查机床上的标牌，然后调整进给箱上手柄位置及配换挂轮箱齿轮的齿数以获得所需要的工件螺距。4）确定主轴转速。初学者应将车床主轴转速调到最低速。（2）车螺纹的方法和步骤1）确定车螺纹切削深度的起始位置，将中滑板刻度调到零位，开车，使刀尖轻微接触工件表面，然后迅速将中滑板刻度调至零位，以便于进刀记数。2）试切第一条螺旋线并检查螺距。将床鞍摇至离工件端面8~10牙处，横向进刀0.05左右。开车，合上开合螺母，在工件表面车出一条螺旋线，至螺纹终止线处退出车刀，开反车把车刀退到工件右端；停车，用钢尺检查螺距是否正确。如图4a所示。3）用刻度盘调整背吃刀量，开车切削，如图4d。螺纹的总背吃刀量ap与螺距的关系按经验公式ap≈0.65P，次的背吃刀量约0.1左右。4）车刀将至终点时，应做好退刀停车准备，先快速退出车刀，然后开反车退出刀架。如图4e。5）再次横向进刀，继续切削至车出正确的牙型如图4f。图4螺纹切削方法与步骤3.螺纹车削注意事项1)注意和消除拖板的“空行程”2）避免“乱扣”。当第一条螺旋线车好以后，第二次进刀后车削，刀尖不在原来的螺旋线(螺旋桩)中，而是偏左或偏右，甚至车在牙顶中间，将螺纹车乱这个现象就叫做“乱扣”预防乱扣的方法是采用倒顺(正反)车法车削。在角左右切削法车削螺纹时小拖板移动距离不要过大，若车削途中刀具损坏需重新换刀或者无意提起开合螺母时，应注意及时对刀。3)对刀：对刀前首先要安装好螺纹车刀，然后按下开合螺母，开正车(注意应该是空走刀)停车，移动中、小拖板使刀尖准确落入原来的螺旋糟中(注意不能移动大拖板)，同时根据所在螺旋槽中的位置重新做中拖板进刀的记号，再将车刀退出，·开倒车，将车退至螺纹头部，再进刀......,。对刀时一定要注意是正车对刀。4)借刀：借刀就是螺纹车削定深度后，将小拖板向前或向后移动一点距离再进行车削，借刀时注意小拖板移动距离不能过大，以免将牙槽车宽造成“乱扣”，5）使用两顶针装夹方法车螺纹时，工件卸下后再重新车削时，应该先对刀，后车削以免“乱扣”6)安全注意事项：(1)车螺纹前先检查好所有手柄是否处于车螺纹位置，防止盲目开车。(2)车螺纹寸要思想集中，动作迅速，反应灵敏；'(3)用高速钢车刀车螺纹时，车头转速不能太快，以免刀具磨损；(4)要防止车刀或者是刀架、拖板与卡盘、床尾相撞；(5)旋螺母时，应将车刀退离工件，防止车刀将手划破，不要开车旋紧或者退出螺母；（6）旋转的螺纹不能用手去摸或用棉纱去擦。4.车外螺纹的质量分析图54．操作方法螺纹中径是靠控制多次进刀的总切深量来保证的。车螺纹时每次切深量要小，而总切深量可根据计算的螺纹工作牙高（工作牙高=0.54×工件的螺距，单位为毫米），由中滑板刻度盘大致控制，并借助于螺纹量规来测量。4．操作方法螺纹中径是靠控制多次进刀的总切深量来保证的。车螺纹时每次切深量要小，而总切深量可根据计算的螺纹工作牙高（工作牙高=0.54×工件的螺距，单位为毫米），由中滑板刻度盘大致控制，并借助于螺纹量规来测量。车三角螺纹有三种方法，即直进法、左右切削法和斜向切削法。（1）直进法用中滑板进刀，两刀刃和刀尖同时切削。此法操作方便，车出的牙型清晰，牙形误差小，但车刀受力大，散热差，排屑难，刀尖易磨损。适用于加工螺距小于2mm的螺纹，以及高精度螺纹的精车。（2）左右切削法左右削法的特点是使车刀只有一个刀刃参加切削，在每次切深进刀的同时，用小刀架向左、向右移动一小段距离。这样重复切削数次，车至最后1～2刀时，仍采用直进法，以保证牙形正确，牙根清晰。此法适用于加工螺距较大的螺纹。（3）斜向切削法将小刀架扳转一角度，使车刀沿平行于所车螺纹右侧方向进刀，使得车刀两刀刃中，基本上只有一个刀刃切削。此法切削受力小，散热和排屑条件较好，切削用量可大些，生产率较高。但不易车出清晰的牙形，牙形误差较大。一般适用于较大螺距螺纹的粗车。多头螺纹多头螺纹，就不会是紧固用。有可能是直线传动用的螺纹或者是蜗杆之类的东西。1、螺纹类型，普通三角螺纹还是梯形螺纹或者方螺纹和锯齿螺纹。2、螺纹外径。3、数出螺纹头数。4、量出螺距。方便的话，可将一张纸覆盖在样品上拓下螺纹，展平后用尺量出。量螺距时注意螺纹有否可能为英制，或者为模数和径节。几年前在另一论坛曾有给出外径和螺距都精确到毫米百分数的测量数据，其实只是模数螺纹的例子。5、螺纹底径是测量不准的，但也应有个大概数据。6、综合上述数据，作出判断。除非肯定为非标螺纹，则外径、导程或模数和径节应该向整数或标准系列靠拢。蜗轮蜗杆传动配合的蜗杆，甚至少齿数的螺旋齿轮，给人的直观感觉也就是一段螺纹。由于与圆周配合，这些“螺纹”的螺距就和圆周率挂上钩，不会是整数值。对于蜗轮蜗杆和齿轮传动，公制为模数制。如果量出的螺距可以是3.14的整数或分数倍，有可能是模数螺纹。英制则为