数控车床加工多头螺纹的分析

数控车床加工多头螺纹的分析

摘要：数控车床主要用来加工盘类或轴类零件，利用数控车床加工多头螺纹，能大大提高生产效率，保证螺纹加工精度，减轻操作者的劳动强度。我通过多年的实践经验，对多头螺纹的加工要点和操作要领进行了总结，为多头螺纹的数控加工提供了理论依据。

关键词：数控车床多头螺纹编程

在普通车床上进行多头螺纹车削一直是一个加工难点：当第一条螺纹车成之后，需要手动进给小刀架并用百分表校正，使刀尖沿轴向精确移动一个螺距再加工第二条螺纹；或者打开挂轮箱，调整齿轮啮合相位，再依次加工其余各头螺纹。受普通车床丝杠螺距误差、挂轮箱传动误差、小拖板移动误差等多方面的影响，多头螺纹的导程和螺距难以达到很高的精度。而且，在整个加工过程中，不可避免地存在刀具磨损甚至打刀等问题，一旦换刀，新刀必须精确定位在未完成的那条螺纹线上。这一切都要求操作者具备丰富的经验和高超的技能。然而，在批量生产中，单靠操作者的个人经验和技能是不能保证生产效率和产品质量的。在制造业现代化的今天，高精度数控机床和高性能数控系统的应用使许多普通机床和传统工艺难以控制的精度变得容易实现，而且生产效率和产品质量也得到了很大程度的保证。下面我将从四个方面对数控车床加工多头螺纹进行分析：

一、螺纹的基本特征

在机械制造中，螺纹联接被广泛应用，例如数控车床的的主轴与卡盘的联结，方刀架上螺钉对刀具的紧固，丝杠螺母的传动等。圆柱或圆锥母体表面上制出的螺旋线形的、具有特定截面的连续凸起部分。螺纹按其母体形状分为圆柱螺纹和圆锥螺纹；按其在母体所处位置分为外螺纹、内螺纹，按其截面形状（牙型）分为三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹及其他特殊形状螺纹，三角形螺纹主要用于联接，矩形、梯形和锯齿形螺纹主要用于传动；按螺旋线方向分为左旋螺纹和右旋螺纹，一般用右旋螺纹；按螺旋线的数量分为单线螺纹、双线螺纹及多线螺纹；联接用的多为单线，传动用的采用双线或多线；按牙的大小分为粗牙螺纹和细牙螺纹等，按使用场合和功能不同，可分为紧固螺纹、管螺纹、传动螺纹、专用螺纹等。由于用途不同，它们的技术要求和加工方法也不一样

二、螺纹的加工方法

（一）螺纹的加工方法

随着制造技术的发展，螺纹的加工，除采用普通机床加工外，常采用数控机床加工。这样既能减轻加工螺纹的难度又能提高工作效率，并且能保证螺纹加工质量。在目前的数控车床中，螺纹切削一般有三种方法：

（1）直进法

易获得较准确的牙型，但切削力较大，常用于螺距小于3mm的三角形螺纹。加工方法是在加工过程中对刀具的z轴（轴向方向）不进行改变，分次进给（直径方向），来完成螺纹的切削。

（2）斜进法

在每次往复行程后，除了做横向进刀以外，只在纵向的一个方向微量进给。

（3）左右切削法

在每次往复行程后，除了做横向进刀外，还需要向左或向右微量进给。对于加工大螺距的螺纹，多头螺纹等零件，由于加工面太宽，接触面大。用直进法，对于机床、具和工件都会产生很大的影响，甚至打刀、飞活和蒙车等现象，所以，只有采取左右车削法来完成。加工方法是通过改变z轴的的方向，也是进刀的起始点，来完成对螺纹一个侧面的加工，完了再加工另外一个侧面，最后对两侧面和底面进行修光，这种方法叫做左右进刀法，注意是一个侧面一个侧面的加工，这样以减小刀具和工件的接触面积，作用是扩槽。可一刀左，下一刀右的方法加工。

（二）多头螺纹加工的控制

在运用程序加工螺纹时，要注意对以下问题的控制：

（1）切削用量的确定。

螺纹加工要求主轴转速和刀具的进给速度之间保持严格的速比关系。即主轴每转一转，刀具应均匀地移动一个导程的距离。由于一般螺距远大于车外圆时的每转进给值，所以主轴转速不可随意，主轴转速S与F值的乘积不得大于轴向进给限制值。在车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距大小，驱动电机的升降频特性，以及螺纹插补运算速度等多种因素影响，不同的数控系统，推荐的主轴转速选择范围也不同。所以，编程时应按照数控车床操作说明书所规定的主轴转速车削螺纹。由于x 轴、z 轴加减速难以完全一致，会使螺距产生误差，因此，螺纹切削时不可进行主轴转速调整，以防车出不完全螺纹。更不要停止主轴，主轴停止将可能导致刀具和工件损坏。

另一方面，刀具切削部分在螺纹加工时的工作条件是非常恶劣的，不仅切削力大，而且摩擦剧烈，发热严重，刀具材料本身对切削线速度也有一定的限制。一般尺寸的螺纹加工，主轴转速S 控制在60~ 200 r/m in即可。特殊大尺寸螺纹，有必要验算线速度，这里不再赘述。

（2）表面粗糙度要求

螺纹加工的最后一刀基本采用重复切削的方法，这样可以获得更光滑的牙表面，达到粗

（3）批量加工过程控制

对试件切削运行程序之前除正常要求对刀外，在数控系统中要设定刀具磨损值，第一次加工完后用螺纹千分尺进行精密测量并记录数据，将磨损值相应减少，进行第二次自动加工，并将测量数据记录，以后将磨损补偿值的递减幅度减少并观察它的减幅与中径的减幅的关系，重复进行，直至将中径尺寸调试到公差带的中心为止。在以后的批量加工中，尺寸的变化可以用螺纹环规抽检，并通过更改程序中x数据，也可以通过调整刀具磨损值进行补偿。

（4）螺纹外径控制

由于外螺纹多数为塑性材料，需考虑螺纹加工牙型的膨胀量。一般连接螺纹加工前的工件直径等于螺纹公称直径减去0.1 P，即螺纹大径减0.1倍螺距，一般根据材料变形能力大小取比螺纹大径小0.1~ 0.5 mm。

三、螺纹的编程方法

当前主流数控系统( FANUC 、GSK 等) 提供了单一螺纹加工指令G32 、攻丝循环指令G33、变螺距螺纹加工指令G34和螺纹固定循环加工指令G92、G76. 小螺距螺纹加工时宜用G32或G92，大螺距螺纹加工时宜用G76，变螺距螺纹用G34; 加工高精度小螺距螺纹宜用G32、G92;加工高精度、大螺距螺纹时可采用G92、G76混合编程，先用G76 粗加工，再用G92 精加工; 轴向小直径内螺纹可以用G33编程。在实际编程和加工中要根据螺纹精度、尺寸、材质等因素合理选择、灵活使用以上4种指令。在保证技术要求的前提下，努力简化程序，提高编程和加工效率。具体指令的应用我们只要按照机床编程说明书的要求完成相应零件的编程就可以了。

我们也可以不用什么专用的指令。不管是什么数控系统，都用一种方法来解决：即只要保证加工第二条螺旋线的起点跟加工第一条螺旋线的起点在Z方向相差一个螺距就行来，如加工3，4，5，6……线道理也是一样的，下面我们来举例说明。

例：公称直径30，导程4，双头螺纹。编程如下：

G00 X35 Z5(第一条螺旋线的起点)

G76 (加工第一条螺旋线。注意：F值为导程，牙型高的计算是以螺距计算的。)

G00 X35 Z7 (后移一个螺距，第二条螺旋线的起点。前移和后移都可以，安全起见一般后移)

G76（加工第二条螺旋线）

G00 X100 Z200

四、多头螺纹加工的注意事项

数控车床加工螺纹时，程序可以通过试车调整得到优化，其中常出现的问题是刀具磨损和打刀。为了提高刀具的使用寿命，保证螺纹的加工精度，应注意以下几点：

(1)在数控机床上车削多线螺纹的关键是分线要准确，其工艺、刀具方面与普通机床基本相同。在车螺纹前精车外圆工序，应保证一定的尺寸精度、圆度、圆柱度和表面粗糙度，以保证加工余量均匀，车削平稳。

(2)每次进给量可以凭经验选取不用查表，这里应注意车螺纹时，螺纹底径应车削到的尺寸。走刀进行中，不能改变主轴转速倍率开关。

(3)应保持良好的冷却和润滑。

(4)车削低碳钢、不锈钢等材料时，会出现不易断屑的长条状切屑，应防止其卷入车刀和工件之间，使刀尖受挤压断裂。操作者必须注意人身安全。

(5)在实际加工中，发生过因为打刀而使刀片而后刀体一起损坏的情况，所以有必要增加一个刀位作为备用。需要注意：在对刀时必须保证这两个刀位上螺纹刀刀尖点坐标一致以