数控车床加工螺纹产生不良及其应对措施
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现代制造技术与装备
２０１６ 第 １２ 期 总第 ２４１ 期
数控车床加工螺纹产生不良及其应对措施
刘 勇
（安徽滁州技师学院，滁州 239000）
摘 要：螺纹加工较难的原因是加工时的影响因素较多，既有机床设备方面的因素，也有刀具的因素或人为 原因等，本文列举出数控车削螺纹产品中出现诸多缺陷，并逐一介绍如何避免和相应的解决办法。 关键词：数控车削 螺纹 机床设备 刀具
引言 螺纹产品种类很多，在人们日常生活中随处可见，如 螺栓、螺杆、丝杠、螺钉、螺母和堵头等与人们的衣、食、 住、行密切相关。螺纹按用途可分为联接螺纹和传动螺纹， 按牙型可分为三角形、矩形、圆形、梯形和锯齿形螺纹。 螺纹产品的加工方法很多，螺栓螺杆等外螺纹大多用车削 方法加工，对于螺纹直径不大的螺杆，量产时采用滚丝或 搓丝可提高加工效率。内螺纹加工一般用丝锥攻丝，尺寸 较大的内螺纹可以用车床车螺纹。 随着机加工技术的发展，数控机床在工厂里已普遍使 用，用数控车床车螺纹是螺纹加工中最常用的方法之一。 它通过程序控制既可以加工普通螺纹，也可以加工形状复 杂的异形螺纹。用数控车床加工出来的螺纹精度高，产品 的一致性高、加工速度快、表面质量好且调试方便。车螺 纹会产生各种各样的缺陷，既有机床和设备的原因，也有 刀具和操作人员等因素的影响。现从以下几方面分析螺纹 加工中常见的不良现象及相对应的措施。 １ 外螺纹端面或内螺纹孔口处毛刺较大 在车削螺栓、螺杆等外螺纹时，通常将棒料外径车削 至螺纹大径，然后端面倒角。如果不倒角，螺纹起头处易 外翻，有较大的毛刺产生。这样的毛刺易刺手，既不利于 加工操作，也会影响测量和后面的装配。倒角的大小也会 影响去除毛刺的效果。倒角大时，影响螺纹的美观和螺纹 的有效长度；倒角小时，会出现毛刺，车削外螺纹倒角大小 一般为螺纹螺距的大小为宜，例如，加工 M10 螺杆时，由于 M10 标准螺距为 1.5mm，所以倒角大小为 C1.5 较为合适。内 螺纹的倒角至螺纹大径，如加工 M10 螺纹孔，先用 φ8.5 钻 头钻好螺纹底孔，再用比钻底孔直径大两个螺距约 φ14 的 钻头倒角。 倒角后加工螺纹， 螺纹起头处不再会有毛刺产生。 ２ 螺纹有乱牙、乱扣现象 普通车床车削螺纹，会根据螺纹的螺距（导程）挂轮， 进刀时主轴正转，退刀时主轴反转，主轴与刀具间必须保 持严格的运动关系，即主轴带动工件每转一圈，刀具应均 匀地移动一个恒定的距离，这个恒定的距离为螺纹的螺距 （或导程）。这样每次进刀点相同而不会出现乱牙现象。 数控车床加工螺纹时不需要反转退刀，不会出现乱牙 的原因是在数控车床的主轴上安装有光电编码器。带着工 件一起转动着的主轴，其运动状态由一根同步带传送到主 轴编码器，主轴编码器检测到主轴的转速后，会将信息反 馈到机床数控系统中，数控系统再根据程序编制的螺距（导 程）大小，发出指令严格控制主轴每转一圈，刀具移动一 个螺距（导程）的距离，且保证每次进刀点的位置，即便 主轴转速较快，仍可以轻松找到每次进刀点，使加工螺纹 时不会出现乱牙现象。 用数控车床加工螺纹时，有时会出现乱牙或烂牙等不良 现象，其原因可能有以下几方面：（1）光电编码器损坏。 光电编码器一般安装在车床主轴的末端，只要打开车床主轴 箱侧面防护罩，即可更换编码器。（2）同步带齿磨损严重。 同步带磨损，会使编码器和主轴传动不成定比，影响主轴转 速和刀具间形成的螺距（导程）关系而造成车削乱牙。同步 带属于易损品，它是连接编码器和主轴的传动件，拆卸和安 装都很方便。（3）数控车床主轴轴向窜动，存在间隙。只 要调整轴向丝杠螺母里的间隙即可。如果间隙较小，可以用 系统间隙自动补偿功能修改参数来补偿；如果间隙过大，维 修较麻烦，必须将丝杠螺母拆卸下来，根据窜动量在螺母里 加相应厚度的垫片。（4）操作者编制的程序存在问题。编 制程序时主要是把定位点确定好。数控车削螺纹在编制分层 加工时，注意每次轴向定位点保持一致，可有效避免乱牙。 例如，加工 M20 螺杆，螺纹有效长度为 50mm，编程如下： O0001 N10 T0101； N20 M03 S500； N30 G00 X25 Z5；（第一次车削长度定位点为 Z5） N40 X19.75； N50 G32 Z-50 F2.5； N60 G00 X25； N70 Z5；（第二次车削长度定位点仍为 Z5） N80 X19.5； N90 G32 Z-50 F2.5； …… M30； 每次退刀时，也要注意径向退刀距离，如果退刀时直 径大小不变，仍按原直径退出或距离过小，这时刀尖就会 将加工过的牙型破坏或牙尖车平，造成废品。特别是初学 者加工螺纹，经常会出现这种现象。 由于车螺纹需要多次分刀进行，因此 Z 轴每次定位必须 相同， 否则加工会出现乱牙。 而现在大多系统有复合循环指令， 只要定位点确定后，以后每次分层加工不必重新设置。单一 车削循环指令 G92 和 G76 车螺纹就属于这样的准备功能指令。 ３ 螺纹加工开始段及结束段螺距不稳现象 螺纹加工每次定位点必须相同，不论是 G32 代码的定 位点由编程人员设定，还是复合指令 G92 由机床系统内部
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工 艺 与 பைடு நூலகம் 备
参数值保证。螺纹加工阶段必须要保证主轴带动工件每转 一圈，车刀走一个螺距，可使加工出的零件产品不烂牙， 不乱牙。但在螺纹加工的起始段，由于转速和车刀移动速 度较快，在车刀到达工件表面时，还未来得及保证主轴转 速与车刀移动的定值（螺距或导程），往往会出现螺纹开 始阶段的螺距不太稳定，螺距大都偏小，装配时螺母很难 旋入。螺纹加工即将结束时，主轴转速及刀具移动速度会 降低，这时也会出现螺距不稳现象。为了在加工中克服这 种现象的发生，在每次编程时，将开始车削时的 Z 值距离 设定长些，把加工不稳定阶段用于刀具空走，待稳定后才 开始车削。如上面的程序中，Z 值可以设置到工件右端面 5mm 甚至更长点的距离。对于结束段，螺纹结构中往往有退 刀槽，螺纹螺距不稳定阶段在退刀槽内，这种结构很好地 解决结束段螺距不稳现象。 编程举例如下： O0002 N10 T0303； N20 M03 S500； N30 G00 X25 Z8；（起始段 Z 向定位点距工件右端面 长度设为 Z8） N40 G90 X19.75 Z-52；（结束段 Z 向退刀点在退刀槽 中间部分退出） N50 X19.5； N60 X19.25； N70 X19； N80 X18.75； …… N150 X19.5； N160 G00 X100 Z100； N170 N180 T0300； N190 M05； N200 M30； ４ 扎刀 扎刀现象在车加工中经常遇到，这与车刀的安装高度 和刃磨角度有很大关系。螺纹加工车刀安装过高，则切削 深度达到一定数值时，车刀的后刀面顶住工件，增大摩擦 力，甚至把工件顶弯。车刀安装的过低，则切屑不易排出， 车刀径向力的方向是工件中心，加上横向进丝杠与螺母间 隙过大，使吃刀深度不断自动趋向加深，从而把工件抬起， 甚至引起崩刃。工件装夹不牢固使其本身的刚性不能承受车 削时的切削力，因而产生过大的挠度，改变了车刀与工件的 中心高度，工件被抬高，形成切削深度突增。刀具刃磨前角 过大及刀具磨损也会出现扎刀现象。 避免扎刀的方法大致有： （1）及时调整车刀高度，使其刀尖与工件的轴线等高，通常 的做法是利用尾座顶尖来对刀，在粗车和半精车时，刀尖位 置比工件的中心要高出被加工件直径的 1/100 左右；（2）及 时刃磨并减小螺纹车刀前角，维修调整或自动补偿减小 X 轴 丝杆间隙，也是避免扎刀现象的常用做法；（3）加工螺纹 时不要选择背吃刀量和切削速度太大，要根据螺纹螺距（导 程）大小和工件刚性选择合理的切削用量。
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数控车床加工螺纹产生不良及其应对措施
刘 勇
（安徽滁州技师学院，滁州 239000）
摘 要：螺纹加工较难的原因是加工时的影响因素较多，既有机床设备方面的因素，也有刀具的因素或人为 原因等，本文列举出数控车削螺纹产品中出现诸多缺陷，并逐一介绍如何避免和相应的解决办法。 关键词：数控车削 螺纹 机床设备 刀具
引言 螺纹产品种类很多，在人们日常生活中随处可见，如 螺栓、螺杆、丝杠、螺钉、螺母和堵头等与人们的衣、食、 住、行密切相关。螺纹按用途可分为联接螺纹和传动螺纹， 按牙型可分为三角形、矩形、圆形、梯形和锯齿形螺纹。 螺纹产品的加工方法很多，螺栓螺杆等外螺纹大多用车削 方法加工，对于螺纹直径不大的螺杆，量产时采用滚丝或 搓丝可提高加工效率。内螺纹加工一般用丝锥攻丝，尺寸 较大的内螺纹可以用车床车螺纹。 随着机加工技术的发展，数控机床在工厂里已普遍使 用，用数控车床车螺纹是螺纹加工中最常用的方法之一。 它通过程序控制既可以加工普通螺纹，也可以加工形状复 杂的异形螺纹。用数控车床加工出来的螺纹精度高，产品 的一致性高、加工速度快、表面质量好且调试方便。车螺 纹会产生各种各样的缺陷，既有机床和设备的原因，也有 刀具和操作人员等因素的影响。现从以下几方面分析螺纹 加工中常见的不良现象及相对应的措施。 １ 外螺纹端面或内螺纹孔口处毛刺较大 在车削螺栓、螺杆等外螺纹时，通常将棒料外径车削 至螺纹大径，然后端面倒角。如果不倒角，螺纹起头处易 外翻，有较大的毛刺产生。这样的毛刺易刺手，既不利于 加工操作，也会影响测量和后面的装配。倒角的大小也会 影响去除毛刺的效果。倒角大时，影响螺纹的美观和螺纹 的有效长度；倒角小时，会出现毛刺，车削外螺纹倒角大小 一般为螺纹螺距的大小为宜，例如，加工 M10 螺杆时，由于 M10 标准螺距为 1.5mm，所以倒角大小为 C1.5 较为合适。内 螺纹的倒角至螺纹大径，如加工 M10 螺纹孔，先用 φ8.5 钻 头钻好螺纹底孔，再用比钻底孔直径大两个螺距约 φ14 的 钻头倒角。 倒角后加工螺纹， 螺纹起头处不再会有毛刺产生。 ２ 螺纹有乱牙、乱扣现象 普通车床车削螺纹，会根据螺纹的螺距（导程）挂轮， 进刀时主轴正转，退刀时主轴反转，主轴与刀具间必须保 持严格的运动关系，即主轴带动工件每转一圈，刀具应均 匀地移动一个恒定的距离，这个恒定的距离为螺纹的螺距 （或导程）。这样每次进刀点相同而不会出现乱牙现象。 数控车床加工螺纹时不需要反转退刀，不会出现乱牙 的原因是在数控车床的主轴上安装有光电编码器。带着工 件一起转动着的主轴，其运动状态由一根同步带传送到主 轴编码器，主轴编码器检测到主轴的转速后，会将信息反 馈到机床数控系统中，数控系统再根据程序编制的螺距（导 程）大小，发出指令严格控制主轴每转一圈，刀具移动一 个螺距（导程）的距离，且保证每次进刀点的位置，即便 主轴转速较快，仍可以轻松找到每次进刀点，使加工螺纹 时不会出现乱牙现象。 用数控车床加工螺纹时，有时会出现乱牙或烂牙等不良 现象，其原因可能有以下几方面：（1）光电编码器损坏。 光电编码器一般安装在车床主轴的末端，只要打开车床主轴 箱侧面防护罩，即可更换编码器。（2）同步带齿磨损严重。 同步带磨损，会使编码器和主轴传动不成定比，影响主轴转 速和刀具间形成的螺距（导程）关系而造成车削乱牙。同步 带属于易损品，它是连接编码器和主轴的传动件，拆卸和安 装都很方便。（3）数控车床主轴轴向窜动，存在间隙。只 要调整轴向丝杠螺母里的间隙即可。如果间隙较小，可以用 系统间隙自动补偿功能修改参数来补偿；如果间隙过大，维 修较麻烦，必须将丝杠螺母拆卸下来，根据窜动量在螺母里 加相应厚度的垫片。（4）操作者编制的程序存在问题。编 制程序时主要是把定位点确定好。数控车削螺纹在编制分层 加工时，注意每次轴向定位点保持一致，可有效避免乱牙。 例如，加工 M20 螺杆，螺纹有效长度为 50mm，编程如下： O0001 N10 T0101； N20 M03 S500； N30 G00 X25 Z5；（第一次车削长度定位点为 Z5） N40 X19.75； N50 G32 Z-50 F2.5； N60 G00 X25； N70 Z5；（第二次车削长度定位点仍为 Z5） N80 X19.5； N90 G32 Z-50 F2.5； …… M30； 每次退刀时，也要注意径向退刀距离，如果退刀时直 径大小不变，仍按原直径退出或距离过小，这时刀尖就会 将加工过的牙型破坏或牙尖车平，造成废品。特别是初学 者加工螺纹，经常会出现这种现象。 由于车螺纹需要多次分刀进行，因此 Z 轴每次定位必须 相同， 否则加工会出现乱牙。 而现在大多系统有复合循环指令， 只要定位点确定后，以后每次分层加工不必重新设置。单一 车削循环指令 G92 和 G76 车螺纹就属于这样的准备功能指令。 ３ 螺纹加工开始段及结束段螺距不稳现象 螺纹加工每次定位点必须相同，不论是 G32 代码的定 位点由编程人员设定，还是复合指令 G92 由机床系统内部
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工 艺 与 பைடு நூலகம் 备
参数值保证。螺纹加工阶段必须要保证主轴带动工件每转 一圈，车刀走一个螺距，可使加工出的零件产品不烂牙， 不乱牙。但在螺纹加工的起始段，由于转速和车刀移动速 度较快，在车刀到达工件表面时，还未来得及保证主轴转 速与车刀移动的定值（螺距或导程），往往会出现螺纹开 始阶段的螺距不太稳定，螺距大都偏小，装配时螺母很难 旋入。螺纹加工即将结束时，主轴转速及刀具移动速度会 降低，这时也会出现螺距不稳现象。为了在加工中克服这 种现象的发生，在每次编程时，将开始车削时的 Z 值距离 设定长些，把加工不稳定阶段用于刀具空走，待稳定后才 开始车削。如上面的程序中，Z 值可以设置到工件右端面 5mm 甚至更长点的距离。对于结束段，螺纹结构中往往有退 刀槽，螺纹螺距不稳定阶段在退刀槽内，这种结构很好地 解决结束段螺距不稳现象。 编程举例如下： O0002 N10 T0303； N20 M03 S500； N30 G00 X25 Z8；（起始段 Z 向定位点距工件右端面 长度设为 Z8） N40 G90 X19.75 Z-52；（结束段 Z 向退刀点在退刀槽 中间部分退出） N50 X19.5； N60 X19.25； N70 X19； N80 X18.75； …… N150 X19.5； N160 G00 X100 Z100； N170 N180 T0300； N190 M05； N200 M30； ４ 扎刀 扎刀现象在车加工中经常遇到，这与车刀的安装高度 和刃磨角度有很大关系。螺纹加工车刀安装过高，则切削 深度达到一定数值时，车刀的后刀面顶住工件，增大摩擦 力，甚至把工件顶弯。车刀安装的过低，则切屑不易排出， 车刀径向力的方向是工件中心，加上横向进丝杠与螺母间 隙过大，使吃刀深度不断自动趋向加深，从而把工件抬起， 甚至引起崩刃。工件装夹不牢固使其本身的刚性不能承受车 削时的切削力，因而产生过大的挠度，改变了车刀与工件的 中心高度，工件被抬高，形成切削深度突增。刀具刃磨前角 过大及刀具磨损也会出现扎刀现象。 避免扎刀的方法大致有： （1）及时调整车刀高度，使其刀尖与工件的轴线等高，通常 的做法是利用尾座顶尖来对刀，在粗车和半精车时，刀尖位 置比工件的中心要高出被加工件直径的 1/100 左右；（2）及 时刃磨并减小螺纹车刀前角，维修调整或自动补偿减小 X 轴 丝杆间隙，也是避免扎刀现象的常用做法；（3）加工螺纹 时不要选择背吃刀量和切削速度太大，要根据螺纹螺距（导 程）大小和工件刚性选择合理的切削用量。