梯形螺纹的数控车削

梯形螺纹的数控车削
机械制造技术系王照信
梯形螺纹的加工在车床螺纹加工中占着基础性的地位，本文从数控车削的角度主要介绍和探讨了梯形螺纹加工的几种进刀方法以及如何灵活利用参数编程的方法来加工内外梯形螺纹。

一、梯形螺纹加工的几种进刀方法
在梯形螺纹加工中当螺距小于4mm和精度要求不高的工件，可用一把梯形螺纹车刀，并用少量的左右进给法车削。

当螺距大于4mm和精度要求高的梯形螺纹，一般采用粗精分刀车削的方法。

下面结合普通车床梯形螺纹的加工经验来讨论一下数控车削梯形螺纹的几种进刀方法。

1、左右切削法：车削P<8mm梯形螺纹时常采用左右切削法，可以防止因三刃切削而产生的振动和扎刀现象如图(a)所示。

2、车直槽法：用左右切削法时，每次横向进刀时，车刀都必需向左或向右做微量移动，很不方便，因此，粗车时可以用矩形螺纹刀先车出螺旋直槽，槽底径等于小径，然后用梯形螺纹刀左右车出两侧面，如图(b)所示。

3、车阶梯槽：车削P>8mm梯形螺纹时，可用头宽度小于P/2的矩形螺纹车刀，用车直槽法车至接近螺纹中径处，再用头宽等于槽宽W的矩形螺纹刀车至接近螺纹牙高，然后用梯形螺纹精车刀车螺纹两侧，如图(c)所示。

4、直进分层左右进刀法：如图(e)所示，可以用梯形螺纹粗车刀，先在牙中线处直进刀，然后左右进刀，切削时单刃切削，不易扎刀，每侧留出精车余量0.1左右，然后再精车。

5、沿侧面斜进分层单向进刀法：如图(d)所示，可以用梯形螺纹粗车刀，先沿牙一侧斜向进刀，然后单向进刀，切削时单刃切削，不易扎刀，每侧留出精车余量0.1左右，然后再精车。

4、5方法相比，4、5
二、梯形螺纹的程序编制
FANUC系统螺纹加工所用的指令主要为G32、G92、G76，对于G92、G76切梯形螺纹由于其轨迹比较单一，编程比较简单，这里不做介绍。

这里主要是利用G32指令结合变量编程的方法来编制多种轨迹的螺纹加工程序。

下面就以加工梯形螺纹Tr36×6配合为例，介绍如何在FANUC0IMATETC系统的数控车床上车削梯形螺纹。

车削的梯形螺纹工件如图所示。

梯形螺纹配合件加工
1、外梯形螺纹的加工：加工方法分析：
（1）沿侧面斜进分层轴向进刀法：如图所示，可以用梯形螺纹车刀，先沿牙一侧15度斜向进刀，然后轴向进刀，切削时单刃切削，不易扎刀，每侧留出精车余量0.1左右，然后再精车。

斜进分层轴向进刀法
梯形螺纹的横刃宽为1.2mm，对刀点为车刀的左刀尖，梯形螺纹的总的X向的进刀量为牙高3.5，螺纹的每层的Z向的总的进刀量和X向的进刀量有关系为一变值，如图示第一层的Z向总进刀量为b，第二层，第三层又依次减小。

设X向的进刀量为#100，Z向的进刀量为#102，则每层的Z向的总进刀量为：
#101=(3.084-0.2)-0.268*#100*2-刀宽；注:Tan(15°)=0.268；
以工件右端面中心处为原点建立坐标系编制程序如下：
O1;
M3S400T0101; 梯形螺纹粗车每侧留余量0.1
G0X36Z-15; 定刀具车削的起刀点
#100=0; X向的进刀量赋值0
#101=0; 每层的Z向的总进刀量赋值0
WHILE[#100LE3.5]DO1; X向的进刀量小于等于牙高时执行DO1—END1循环
#100=#100+0.5; X向进刀量自加每层定为0.5为3.5的整数倍
#101=3.804-0.2-0.268*#100*2-1.2; Z向的每层的总的进刀量
#102=0; Z向的进刀量赋值0
WHILE[#102LE#101]DO2; Z向的进刀量小于等于Z向的每层的总的进刀量时执行
DO2—END2循环
G0X[36-#100*2]Z[-15-#100*0.268-#102];至每螺纹切削的每一刀的起刀点
G32Z-85F6; 切梯形螺纹
G0X40; X向退刀
G0Z-15; Z向退刀
#102=# 102+0.5; Z向进刀量每刀自加0.5
END2; 2循环结束
END1; 1循环结束
G0X29Z[-15-0.268*3.5-[1.928-0.2-1.2]]; 光粗车后的左侧面
G32Z-85F6;
G0X40;
G0Z-15;
G0X29Z[-15-0.268*3.5+0.1]; 精车右侧面
G32Z-85F6;
G0X40;
G1Z-15;
G0X29Z[-15-0.268*3.5-[1.928-0.1-1.2]]; 精车左侧面
G32Z-85F6;
G0X40;
G0Z-15;
G0X100Z200; 退刀
M30;
以上为斜进分层法切削梯形螺纹的程序，如果粗精车刀要分开，则在精车右侧面程序段之前加入换精车刀程序段即可，不过程序要因前端刀宽不一致而重新改写，并且要确保粗精车刀的对刀点一致，否则对螺纹的精度影响将很大。

（2）直进分层左右进刀法：如图所示，用梯形螺纹粗车刀，先在牙中线处直进刀，然后左右进刀，切削时单刃切削，不易扎刀，每侧留出精车余量0.1左右，然后再精车。

梯形螺纹的横刃宽为1.2mm，对刀点为车刀的前横刃中点，梯形螺纹的总的X向的进刀量为牙高3.5，螺纹的每层的左或右向的总的进刀量和X向的进刀量有关系为一变值。

设X向的进刀量为#100，Z轴左或右向的进刀量为#102，则每层的Z轴左或右向的总进刀量为：
#101=(3.084/2-0.1)-0.268*#100-刀宽/2；注:Tan(15°)=0.268；
以工件右端面中心处为原点建立坐标系编制程序如下：
O1;
M3S400T0101; 梯形螺纹粗车每侧留余量0.1
G0X36Z-15; 定刀具车削的起刀点
#100=0; X向的进刀量赋值0
#101=0; 每层的Z轴左右向的总进刀量赋值0
WHILE[#100LE3.5]DO1; X向的进刀量小于等于牙高时执行DO1—END1循环
#100=#100+0.5; X向进刀量自加每层定为0.5为3.5的整数倍
#101=3.804/2-0.1-0.268*#100-1.2/2; Z向的每层左或右的总的进刀量
#102=0; Z向的进刀量赋值0
WHILE[#102LE#101]DO2; Z向的进刀量小于等于Z向的每层的左总的进刀量时执
行DO2—END2循环
G0X[36-#100*2]Z[-15-#102];至每螺纹切削的每一刀的起刀点
G32Z-85F6; 切梯形螺纹
G0X40; X向退刀
G0Z-15; Z向退刀
#102=# 102+0.5; Z向进刀量每刀自加0.5
END2; 2循环结束
#102=0; Z向的进刀量赋值0
WHILE[#102LE#101]DO3; Z向的进刀量小于等于Z向的每层的右总的进刀量时执
行DO3—END3循环
G0X[36-#100*2]Z[-15+#102];至每螺纹切削的每一刀的起刀点
G32Z-85F6; 切梯形螺纹
G0X40; X向退刀
G0Z-15; Z向退刀
#102=# 102+0.5; Z向进刀量每刀自加0.5
END3; 2循环结束
END1; 1循环结束
G0X29Z[-15-[1.928/2-0.1-0.6]]; 光粗车后的左侧面
G32Z-85F6;
G0X40;
G0Z-15;
G0X29Z[-15+[1.928/2-0.1-0.6]]; 光粗车后的右侧面
G32Z-85F6;
G0X40;
G0Z-15;
G0X29Z[-15+[1.928/2-0.6]]; 精车右侧面
G32Z-85F6;
G0X40;
G1Z-15;
G0X29Z[-15-[1.928/2-0.6]]; 精车左侧面
G32Z-85F6;
G0X40;
G0Z-15;
G0X100Z200; 退刀
M30;
15°
直进分层轴向左右进刀法
2、内梯形螺纹加工：加工方法分析：
和加工外梯形螺纹一样，可以采用直进分层左右进刀法和斜进分层轴向进刀法。

下面只对斜进分层轴向进刀法做程序编制介绍。

沿侧面斜进分层轴向进刀法：如图所示，可以用梯形螺纹车刀，先沿牙一侧15度斜向进刀，然后轴向进刀，切削时单刃切削，不易扎刀，每侧留出精车余量0.1左右，然后再精车。

15°
斜进分层轴向进刀法
梯形螺纹的横刃宽为1.2mm，对刀点为车刀的左刀尖，梯形螺纹的总的X向的进刀量为牙高3.5，螺纹的每层的Z向的总的进刀量和X向的进刀量有关系为一变值，如图示第一层的Z向总进刀量为b，第二层，第三层又依次减小。

设X向的进刀量为#100，Z向的进刀量为#102，则每层的Z向的总进刀量为：
#101=(3.084-0.2)-0.268*#100*2-刀宽。

以工件右端面中心处为原点建立坐标系编制程序如下：
O1;
M3S400T0101; 梯形螺纹粗车每侧留余量0.1
G0X30Z15; 定刀具车削的起刀点
#100=0; X向的进刀量赋值0
#101=0; 每层的Z向的总进刀量赋值0
WHILE[#100LE3.5]DO1; X向的进刀量小于等于牙高时执行DO1—END1循环
#100=#100+0.5; X向进刀量自加每层定为0.5为3.5的整数倍
#101=3.804-0.2-0.268*#100*2-1.2; Z向的每层的总的进刀量
#102=0; Z向的进刀量赋值0
WHILE[#102LE#101]DO2; Z向的进刀量小于等于Z向的每层的总的进刀量时执行
DO2—END2循环
G0X[30+#100*2]Z[15-#100*0.268-#102];至每螺纹切削的每一刀的起刀点
G32Z-35F6; 切梯形螺纹
G0X29; X向退刀
G0Z15; Z向退刀
#102=# 102+0.5; Z向进刀量每刀自加0.5
END2; 2循环结束
END1; 1循环结束
G0X37Z[15-0.268*3.5-[1.928-0.2-1.2]]; 光粗车后的左侧面
G32Z-35F6;
G0X29;
G0Z15;
G0X29Z[15-0.268*3.5+0.1]; 精车右侧面
G32Z-35F6;
G0X29;
G1Z15;
G0X29Z[15-0.268*3.5-[1.928-0.1-1.2]]; 精车左侧面
G32Z-35F6;
G0X29;
G0Z15;
G0X100Z200; 退刀
M30;
以上为斜进分层法切削内梯形螺纹的程序，如果粗精车刀要分开，则在精车右侧面程序段之前加入换精车刀程序段即可，不过程序要因前端刀宽不一致而重新改写，并且要确保粗精车刀的对刀点一致，否则对螺纹的精度影响将很大。

由此可见梯形螺纹的加工方法，存在两个关键的技术问题，第一提高螺纹的加工表面质量。

本方法采用了粗精加工分开的方法，有效的提高了表面加工质量，但粗精加工刀具没有分开，表面质量还没有达到更理想化的程度。

解决办法可以粗精加工刀具分开，粗加工利用硬质合金刀具高速车削，提高加工效率，精加工刀具采用高速钢刀具低速精车，提表面质量，以上方法选择合适的精加工余量可以快速高效的加工出内外梯形螺纹。

第二提高提高螺纹的尺寸精度。

通过粗精加工刀具的分开可以加工出高表面质量的梯形螺纹，但如果粗精加工刀具的对刀点重合度差，前端横刃长度相差大，将会严重影响螺纹的加工尺寸精度。

解决办法可以采用：1、可以利用手动对刀形状拟合法精确的保证两刀的对刀点重合或者借助对刀仪来精确测定。

2、可以采用加大精加工余量的方法补偿前端横刃长度相误差，使精加工的余量相容刃长误差，从而达到比较高的螺纹加工精度。

综上所述，梯形螺纹的数控车削加工方法比较多，只有选择了合理的进刀路线，发现刀具轨迹的存在规律，灵活的运用数控编程的技巧，才能高效的切出高质量的梯形螺纹。