提高数控车削螺纹精度的方法探讨

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0 前言

在机械制造业中采用数控车削的方法加工螺纹是目前常用的方法。与普通车削相比，螺纹车削的进给速度要高出10倍，螺纹刀片刀尖处的作用力要高100～1000倍，切削速度较快，切削力较大和作用力聚集范围较窄导致螺纹的加工难度高。笔者通过大量的实验，认为要从刀具的几何参数、切屑液和程序的编辑3个方面来提高数控车削螺纹的精度。
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图1 接头零件(45钢)

图2 螺纹车刀

图3 G92直进式切削方法

图4 G76斜进式切削方法

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1 实例分析

例如加工图1所示零件。 8 O9 Z8 ]9 v h% R! D

1. 选择合理的刀具几何参数
   由图1可知该螺纹属于细牙普通螺纹，选择硬质合金三角形外螺纹车刀。螺纹车刀的几何形状见图2。
   在螺纹刀的两个切削刃上磨出宽度为0.2～0.4mm的倒棱，其g=5°，由于高速切削螺纹的时候实际牙型角会扩大，因此刀尖角应减小30'，磨成59.5°较好。螺纹车刀前、后刀面的表面粗糙度必须很小，磨刀时一定要正确修整砂轮或用油石精研刀具。在安装螺纹车刀时要尽量减少伸出长度，防止刀杆刚性不够，切削时产生振动。螺纹车刀安装高度也很讲究，过高或过低都会出现“扎刀”现象。过高，则吃刀到一定深度时，后刀面顶住工件，增大摩擦力，造成“扎刀”：过低，则切屑不易排出，从而把工件顶起，出现“扎刀”现象。正确的位置是刀尖位置比工件中心高0.1～0.3mm。
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2. 选择合适的切削液 7 X, A! W# W8 k. ~) ~) b
   车削螺纹时，恰当地使用切削液，能降低切削时产生的热量，减少由于温度升高引起的加工误差：能在金属表面形成薄膜，减少刀具与工件的摩擦，并可冲走铁屑，从而降低工件表面粗糙度值，减少刀具磨损。根据实验，加工一般要求螺纹使用水基切削液就可以达到要求，如果精度要求高就必须使用油基切削液，如煤油、植物油等。车床的水箱一般都装水基切削液，那么在加工螺纹时可以使用油枪进行手工润滑就能满足精度要求。
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3. 对编辑的加工程序合理地进行工艺处理 $ Y1 j- G$ q0 q1 C. R% u6 [& E8 i
   我校使用的是广州数控系统-GSK980T，该系统螺纹编程指令有G32、G92、G76。其中G32是简单螺纹切削指令，显然不适合，G92螺纹切削循环采用直进式进刀方式，G76螺纹切削循环采用斜进式进刀方式，由于切削方法的不同，编程方法不同，造成加工误差也不同。在操作使用上要仔细分析，采用合适的编辑指令才能加工出精度高的零件。 , @5 X1 a0 b! g5 L- H9 l: i
   G92和G76的加工误差分析： 2 ^* g' I5 N' _

   1. G92直进式切削方法，如图3所示。由于两侧刃同时工作，切削力较大，而且排削困难，因此在切削时，两切削刃容易磨损。在切削螺距较大的螺纹时，由于切削深度较大，刀刃磨损较快，从而造成螺纹中径产生误差：但是其加工的牙形精度较高，因此一般多用于小螺距螺纹加工。 : o) N2 S0 @1 z6 t X; ] s
   2. G76斜进式切削方法，如图4所示。由于为单侧刃加工，加工刀刃容易损伤和磨损，使加工的螺纹面不直，刀尖角发生变化，而造成牙形精度较差。但由于其为单侧刃工作，刀具负载较小，排屑容易，并且切削深度为递减式。因此，此加工方法一般适用于大螺距螺纹加工。由于此加工方法排屑容易，刀刃加工工况较好，在螺纹精度要求不高的情况下，此加工方法更为方便。

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   从以上对比分析可以看出，只简单利用一个指令进行车削螺纹是不够完善的，采用G92、G76混用进行编程，即先用G76进行螺纹粗加工，再用G92进行精加工的方式在螺纹加工中将有两大优点：一方面可以避免因切削量大而产生的变形：另一方面能够保证螺纹加工的精度。但要注意粗车和精车刀具起始点要一致，不然会乱扣，造成零件报废。 * t t& z8 ?; B( S
   根据以上分析，采用GSK980T数控系统所编制的螺纹加工程序如下：
   01234： 程序号
   ……： (省略外圆加工程序) ( m1 I6 h1 {" j
   T0303： 调3号螺纹车刀 8 T9 L) a; _& h. U* |8 D8 i( D
   G00 X37.0 Z5.0： 快速定位螺纹加工起点 % y( Z: \- ?/ z/ U3 P
   G76 P010160 Q25 R0.05： 用G76螺纹车削循环指令
   G76 X34.45 Z-58.0 P775 Q350 F1.5： 粗车M36×1.5螺纹部分 / R$ l3 i' t. B1 G' _
   G00 X37.0 Z5.0： 快速定位到76螺纹加工起点 ) j: w( u7 R" X% u3 q/ l2 U: J+ V, |
   G92 X34.4 Z-58.0 F1.5： 用G92螺纹车削循环指令 ; }. l& D+ Z: u+ h* a9 ^
   X34.376： 精车螺纹 0 w9 d' N: f$ S; d1 W9 N
   X34.376： & o; W/ m% D& B% m/ A r8 ]& ?0 l# b8 M
   G00 X100 Z100 M05： 返回安全点，主轴停止转动
   M30： 程序结束，返回程序起始段

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加工时的几点注意事项：

1. 工件要夹紧，以防在车削时打滑飞出伤人和扎刀：
2. 要注意安全文明生产。

2 总结

通过实际加工生产，以上措施有效地解决了加工精度不高等问题，减轻了操作者的劳动强度，提高效率并保证加工后零件的质量。工艺处理工作，对于数控机床加工程序的编制和零件的加工是非常重要的。但工艺处理工作的实践性很强，在实际运用中，要善于分析，充分利用所掌握的各项知识，理论联系实际，不断总结，以提高自己的工艺分析和处理水平。