数控车削螺纹工艺

数控车削螺纹工艺研究

摘要：在数控车床上正确和合理地选用螺纹切削工艺及加工参数，对于提高产品螺纹的加工合格率、生产效率和刀具的耐用度有十分重要的意义。

关键词：数控车床、螺纹车削、切削用量、进刀方式、螺距、刀具

0前言

在数控车床上正确和合理地选用螺纹切削工艺及加工参数，对于提高产品螺纹的加工合格率和刀具的耐用度有十分重要的意义，本文结合实际工作中对加工螺纹的进刀方式和切削参数的选择做了研究和探讨，并对加工过程中影响螺纹切削质量的因素进行了分析。

1.螺纹车削工艺的选择

螺纹的切削工艺取决于所加工零件的结构和所采用的数控车床，一般来说，使用右刀刃加工右旋螺纹和使用左刀刃加工左旋螺纹，这样的优点是刀片的支撑最稳定，当然一般情况下，相反方式也能应用。

（1）螺纹刀具刃倾角的选择

螺纹的螺旋升角ψ必须和刀具的刃倾角λ一致，以便尽可能避免刀面一侧的过份磨损和刀具寿命的缩短。

刀具刃倾角的计算公式为：

tanλ＝（P/d2）×π

式中：P—螺距

d2—中径

λ—刃倾角

通常可转位机架螺纹车刀的刃倾角由刀垫来确定，标准刀垫为＋1°。（2）螺纹车削进刀方式的选择

螺纹车削的进刀方式是由切削机床、工件材料、刀片槽形及所加工螺纹的螺距来确定的，通常有以下四种进刀方式：

1）径向进刀刀具径向直接进刀（图1）是最常用的切削方式其操作较简单，车刀各刃同时切削，所受轴向切削分力有所抵消，部分地克服了因轴向切削分力导致车刀偏歪的现象。两侧面均匀磨损，能较好地保证螺纹的牙型角，但存在排屑不畅、散热不好、易扎刀和切削力大等问题。适用于切削2.5mm以下螺距的螺纹。

2）单侧面斜向进刀刀具以和径向成30°角的方向进刀切削（图2）。优点是单刃切削，排屑顺畅，切削力小，不易扎刀。缺点是另一侧刀刃因不切削而发生摩擦磨损大，这会导致积屑瘤的产生、表面粗糙度值高和工件硬化以及牙型精度差。用于车削螺距大于3mm的螺纹与塑性材料螺纹的粗车。

3）改进型斜向侧面进刀刀具以和径向成27°~30°角的方向进刀切削（图3）。刀刃两面切削，形成卷壮屑，排屑流畅，散热好，螺纹表面粗糙度值较低。一般来说，这是车削不锈钢、合金钢和碳素钢的最好方法，约90%的车螺纹材料皆用此法。在数控车床上加工螺纹最好采用此方法，一般可调用固定循环，编程简便。

4）左右侧面交替进刀左右交替切削即每次径向进给时，横向向左或向右移动一定距离，使车刀只有一侧参加切削（图4）。此方法一般用于通用车床和螺距在5mm以上的螺纹加工，在数控车床上编程较复杂。

图1 径向进刀图2单侧斜向进刀图3改进型斜向侧面进刀图4左右侧面交替进刀2.螺纹车削用量的选择

螺纹切削用量的选择（切削速度、背吃刀量、走刀次数）是由刀具和零件的材质确定的。螺纹车削的切削速度一般比普通车削低25%~50%。螺纹的背吃刀量及走刀次数选择也显得特别重要。a p值的正确与否，直接关系到螺纹是否合格，背吃刀量直接影响切削力的大小，螺纹背吃刀量需遵循递减原则，即后一刀背吃刀量需小于前一刀，最小背吃刀量值不小于0.05mm。

3.螺纹车削数控程序的编制

对于数控车床来说，通用标准的螺纹车削编程指令是G32（单行程螺纹切削）、G33（固定螺距切削）、G34（螺距递增的变距螺纹切削）、G35（螺距递减的变距螺纹切削）、G76（螺纹切削复合循环）、G92（螺纹切削循环）。螺距由I、J、K来指定，其中I、J、K分别对应X、Y、Z三轴。但一般CNC系统及机床生产厂家都提供螺纹车削固定循环供用户使用，只需输入必须的参数即可。只有在加工比较特殊的螺纹时，才采用G指令和自己设计坐标点的编程方法。

下面是在经济型数控车床FTS4085di上采用径向进刀直接切削方式和单一固定循环编程加工美标统一螺纹1-1/16-12UN-2A的加工程序：

N01 G50 X200 Z30.0 （设定坐标系）

N02 M08 M03 S500 T0202 （开冷却液，主轴正转，转速500转/分选用2号螺纹刀和刀补）N03 G00 X28.0 Z0.0 （快速移到车螺纹的起始位置，X轴28、Z轴0）

N04 G92 X26.5 Z-15.7 F2.116 （螺纹车削单一固定循环，X轴26.5、Z轴-15.7，螺距2.116）N05 X26.0 （螺纹车削单一固定循环分14次进刀车螺纹）

N06 X25.6

N07 X25.25

N08 X24.95

N09 X24.7

N10 X24.5

N11 X24.35

N12 X24.25

N13 X24.15

N14 X24.05

N15 X24.0

N16 X23.95

N17 X23.90

N18 G00 X200 Z30.0 （车螺纹结束快速退刀回对刀起点）

N19 M09 （关冷却液）

N20 M05 （主轴停转）

N21 M30 （程序结束）

4.影响螺纹切削质量的因素及措施

在螺纹切削中往往会由于在选择刀具（包括刀片、刀垫和刀杆等）、进刀方式、切削用量等的正确与否而影响螺纹的加工质量，如:

（1）螺纹表面有震纹，表面粗糙度值高这是由于工件或刀具向外伸出

过长，刚性差，刀具与工件的中心高不对（过高），切削用量、刀片、刀垫选择不正确等因素引起的。可以采用提高或降低切削速度，缩短刀具和工件伸出长度，调整刀具与工件的中心高或进刀方式，采用侧面进刀或径向进刀，充分冷却，减小背吃刀量，增加走刀次数等解决措施。

（2）刀片磨损快、刀具使用寿命短由于切削速度太快，冷却不充分，切削次数太多以及刀片牌号选择不当所致。可采用降低切削速度、充分冷却、减少切削次数，根据所加工工件材料选用硬度高的耐磨刀片。

（3）两切削刃磨损不均匀进刀方式、切入角选择不合理所致，要改变进刀方式和切入角。

（4）切削刃上积屑瘤提高切削速度，加大冷却，用涂层硬质合金刀片，采用改进型侧面进刀切削。

（5）螺纹牙顶有毛刺要提高切削速度，用带切顶的刀片。

（6）排屑不易控制降低切削速度，调整进刀方式，采用改进型侧面进刀切削，加大冷却。

参考文献：

[1] 孙凤池和祝佩兴主编：《机械加工工艺手册》第2卷加工技术卷（螺纹加工），机械工业出版社，2006年

[2] 韩步愈主编：《金属切削原理及刀具》，机械工业出版社，1998年

[3] 沈阳机床股份公司编写：《FTS4085di数控车床编程使用说明书》