數(shù)控車削螺紋時常見問題及工藝分析

1、數(shù)控車削螺紋時常見問題及工藝分析【摘 要】數(shù)控加工螺紋雖然具備柔性加工程度高、自動化程度高、加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠、生產(chǎn)效率高等許多優(yōu)點。但如果刀具選擇不當，程序編寫工藝性不強，操作不當?shù)韧鶗s短刀具使用壽命，增加加工成本，甚至引發(fā)加工事故【關(guān)鍵詞】螺紋 啃刀 亂牙 左右借刀法螺紋車削加工是指螺紋車刀在旋轉(zhuǎn)圓柱或者錐形工件表面上，向前爬升，形成的具有相同剖面的連續(xù)凸起和溝槽。螺紋的種類很多，按形成螺旋線的形狀可分為圓柱螺紋和圓錐螺紋；按用途不同可分為連接螺紋和傳動螺紋；按牙形特征可分為三角螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋；按螺旋線的旋向可分為右旋螺紋和左旋螺紋；按螺旋線的線數(shù)可分為

2、單線螺紋和多線螺紋。在機械制造業(yè)中，帶螺紋的零件應用得十分廣泛。用車削的方法加工螺紋，是目前常用的加工方法。在普通車床上車削米制、英寸制、模數(shù)和徑節(jié)制四種標準螺紋，無論車削哪一種螺紋，車床主軸與刀具之間必須保持嚴格的運動關(guān)系：即主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)(即工件轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn))，刀具應均勻地移動一個(工件的)導程的距離。由于機械傳動級數(shù)受變速箱空間大小限制和齒輪齒數(shù)受齒輪模數(shù)影響，導致螺紋加工內(nèi)容受到限制，螺紋加工的質(zhì)量和速度也受操作工人技術(shù)水平的影響，因此螺紋數(shù)控加工替代普通加工是目前發(fā)展的一種趨勢。數(shù)控加工螺紋具備柔性加工程度高、自動化程度高、加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠、生產(chǎn)效率高等許多優(yōu)點。但如果編程和操作

3、不當，往往會縮短刀具使用壽命，增加加工成本，甚至引發(fā)加工事故。數(shù)控車削螺紋時，往往由于各種原因，造成由主軸與刀具之間的運動，在某些環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，引起車削螺紋時產(chǎn)生故障，影響正常生產(chǎn)。為此，我們必須提前做好預防，消除加工隱患。車削螺紋時常見故障及工藝分析如下：一、啃切現(xiàn)象工藝分析：原因是車刀安裝得過高或過低，工件裝夾不牢或螺紋車刀刀尖磨損過大。 1、車刀安裝得過高或過低：過高，則吃刀到一定深度時，車刀的后刀面頂住工件，增大摩擦力，甚至把工件頂彎，造成啃切現(xiàn)象；過低，則切屑不易排出，車刀徑向力的方向是指向工件中心，加上z軸方向伺服電機強力推進，致使吃刀深度不斷自動趨向加深，從而把工件抬起，出現(xiàn)啃切

4、現(xiàn)象。此時，應及時調(diào)整車刀高度，使其刀尖與工件的軸線等高(可利用尾座頂尖對刀)。在粗車和半精車時，刀尖位置比工件的中心高出1d左右(d表示被加工工件直徑)。2、工件裝夾不牢：工件本身的剛性不能承受車削時的切削力，因而產(chǎn)生過大的撓度，改變了車刀與工件的中心高度(工件被抬高了)，形成切削深度突增，出現(xiàn)啃切現(xiàn)象，此時應把工件裝夾牢固，可使用尾座頂尖等，以增加工件剛性。 圖13、車刀磨損過大：引起切削力增大，頂彎工件，出現(xiàn)啃切現(xiàn)象。此時應及時更換螺紋刀片。二、亂扣螺紋亂扣是指同一螺紋車刀在多刀切削過程中，螺紋車刀橫向軌跡（起點坐標、速度）不同而造成的螺紋亂扣。工藝分析：1、數(shù)控車床有兩個伺服電機，一個

5、是用來控制x軸方向進給，一個用于控制z軸方向進給，加工圓柱螺紋時車刀先移動到x軸方向程序指定坐標值，然后平行于z軸方向進給，進給速度按照每分鐘主軸轉(zhuǎn)數(shù)乘于導程的速度進給。在進給過程中，如果工件裝夾不牢產(chǎn)生z軸方向串動，或者因切削阻力過大沿轉(zhuǎn)動方向產(chǎn)生相對滑動，就會發(fā)生車刀刀尖不在前一刀所車出的螺旋槽內(nèi)，以致出現(xiàn)亂扣。2、加工刀具在接觸工件時相對位置發(fā)生改變。如圖1中所示從a點變到c點，或者其它點。解決辦法：螺紋刀具加工同一螺紋時應保證主軸轉(zhuǎn)速不變，加工起點不變，加工程序中導程指令f參數(shù)不變，主軸編碼器在主軸每轉(zhuǎn)一圈時在同一位置產(chǎn)生一個脈沖（sp），不能有其它干擾信號。3、加工過程螺距發(fā)生不規(guī)則

6、變化，在加工程序?qū)С讨噶頵參數(shù)不變的情況下，此情況多發(fā)生在主軸編碼器的pa或者pb信號不正常，主軸每轉(zhuǎn)一圈不能正確發(fā)出兩路相差90，1024個脈沖所致。檢查方法，在mdi模式下，用空轉(zhuǎn)運行模式（按下機床鎖住按鈕）手動輸入螺紋加工指令，如g92 u-50.00 w-100.00 f3.00,選擇mdi運行，此時橫向坐標值快移-50.00后，縱向坐標值無移動，用手在同一方向旋轉(zhuǎn)主軸，當主軸轉(zhuǎn)到某一位置時縱向坐標值開始移動，記住主軸此時位置，當主軸從此位置轉(zhuǎn)動一圈，縱向坐標數(shù)值均變化3.00，當此程序段執(zhí)行完后，再運行一次該程序段，如果仍在主軸同一點上，縱向坐標值開始變化，則說明主軸編碼器運行正常.

7、 否則說明主軸編碼器運行不正常，如果不在主軸的同一點上開始，即z軸方向坐標值顯示有變化，則說明sp信號有問題；縱坐標數(shù)值移動顯示不為-100.00，則說明pa、pb信號有問題，應排除軸編碼器有故障。這里需要說明，當人工旋轉(zhuǎn)主軸，轉(zhuǎn)速較慢，并不能完全排除主軸在高速運轉(zhuǎn)時主軸編碼器存在故障。對于主軸編碼器高速運轉(zhuǎn)時存在故障,可以用示波器之類儀器對主軸編碼器pa、pb、sp進行檢測。三、螺距不正確工藝分析：螺紋全長或局部螺距不正確，螺紋全長上螺距不均勻。1、編程時指令錯誤。必須根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)指令編寫格式正確編寫加工程序。比如fanuk系統(tǒng)中用g92指令編程導程指令f后面數(shù)字應加小數(shù)點；多線螺紋加工時應

8、按導程進行編程。這里需要說明一點，螺紋加工過程中，進給倍率開關(guān)是不起作用的。2、螺紋起始段局部螺距有變化（1）數(shù)控機床加工螺紋時有一個升速段，在這個過程中，刀具從零開始加速，當達到主軸每轉(zhuǎn)一圈刀具移動一個導程值走刀速度時，然后保持勻速進給。如果車刀在自動升速未結(jié)束時就進入螺紋加工，此時螺紋起始端螺距就會產(chǎn)生誤差。解決這一問題的辦法是：編程時把螺紋加工起點設置離螺紋端面遠一點，一般大于2倍螺距p。（2）修改自動升速參數(shù)。如果不允許調(diào)整螺紋加工升速段距離，比如工件后端有尾架頂針支撐，進刀時刀具與頂針發(fā)生干涉，此時可以修改系統(tǒng)內(nèi)設參數(shù)，將參數(shù)調(diào)小，縮短自動升降時間。3、螺紋結(jié)束時螺距有變化螺紋結(jié)束段

9、螺距錯誤，主要原因是螺紋加工結(jié)束時有一個降速過程所造成的，編程時可以把降速段設置在螺紋有效長度之外，或者增加退刀槽，槽寬一般為2-3倍螺距p。四、螺紋表面粗糙工藝分析：原因是車刀刃口磨得不光潔，切削液不適當，切削速度和工件材料不適合以及切削過程產(chǎn)生振動等造成的。1、如果采用的是機夾車刀，應檢查螺紋刀片的兩切削刃是否磨損，刀尖是否完好，有問題，及時更換刀片就可以了。2、如果采用的是磨制刀具，檢查刀刃和刀尖是否磨損，有問題，拆下刀具，用砂輪或油石精研刀具后，重新裝上使用。3、如果切削材料硬度高，切削時產(chǎn)生撓度變形，引發(fā)振動，應該減小加工程序中每次循環(huán)的吃刀深度。五、螺紋車刀磨損過快，使用壽命短。螺

10、紋車刀在使用過程中往往達不到預期效果，特別是加工大螺距螺紋或者梯形螺紋時。短時間內(nèi)刀具就磨損了，甚至刀尖崩裂，嚴重影響加工。工藝分析：螺紋加工常用方法有直進法、斜進法、左右借刀法。1、直進法，螺紋車刀x軸方向間歇進給至牙深處。采用這種方法加工大螺距螺紋時，螺紋車刀的三面都參與切削，導致加工排屑困難，切削力和切削熱增加，刀尖磨損嚴重，當進給量過大或工件強度不大產(chǎn)生撓度變形時，還可能產(chǎn)生“扎刀”和“爆刀”現(xiàn)象，這種方法只適合小螺距螺紋加工，對于大螺距螺紋這種方法是不可取的。2、斜進法，螺紋車刀沿牙型角方向斜向間歇進給至牙深處。采用此方法加工大螺距螺紋時，螺紋車刀始終只有一個側(cè)刃參加切削，從而使排屑

11、比較順利，刀尖受熱和受力情況有所改善，在切削中不易引起“扎刀”現(xiàn)象。該方法在數(shù)控車床上可以通過改變螺紋加工起點x和z軸坐標值來實現(xiàn)。但在加工梯形螺紋時，如果車刀刀尖寬度小于牙底寬度時就很難保證牙底平整性了。3、左右借刀法，螺紋車刀沿牙型角方向交錯間隙進給至牙深。左右借刀法可以利用兩側(cè)刃輪換切削，每次車刀只有一個面切削，減小了刀尖阻力，切削熱也大大減少，可相對延長刀具使用壽命，確保加工穩(wěn)定性，但操作相對復雜。此方法適合大螺距梯形螺紋粗、精車。加工實例：在廣數(shù)gsk928te數(shù)控車床上完成如圖2所示螺紋加工。（該方法已在gsk928te機床上得到論證）圖2工藝分析：tr366螺紋螺距大，采用直進法

12、編程加工很難執(zhí)行，容易“爆力”，如果改為左右借刀法加工就容易加工了。1、梯形螺紋各部分名稱、代碼及計算公式名稱代號計算公式牙頂間隙ap1-67-1214-44a0.250.50.75大徑d dd=公稱直徑 d=d+2a中d2 d 2d 2=d2=d-0.5 p小d1 d1 d3=d-2 h3 d1=d-p 牙高h3 h4h4=h3=0.5p+a牙頂寬f ff=0.366p牙槽底寬w ww= w=0.366p-0.536a2、計算梯形螺紋尺寸并查表確定其公差 大徑d=36 0 -0.375 中徑d2=d-0.5p=33-0.116 -0.425牙高h3=0.5p+a=3.5小徑d3=d-2 h3

13、=29 0 -0.649牙頂寬f=0.366p=2.196牙底寬w=0.366p-0.536a=2.196-0.268=1.9283、根據(jù)數(shù)控編程手冊計算x軸方向切削用量（直徑值）螺紋刀具橫向（x）修正量x= h3*(-)/2粗車第一刀切深 xmax=1.75mm 實際切深 x1取1.75mm粗車第二刀切深 xmax=1.45mm 實際切深 x2取1.45mm粗車第三刀切深 xmax=1.11mm 實際切深 x5取1.0mm粗車第四刀切深 xmax=0.93mm 實際切深 x3取0.9mm粗車第五刀切深 xmax=0.82mm 實際切深 x4取0.8mm粗車第六刀切深 xmax=0.77mm

14、實際切深 x5取0.6mm粗車第七刀切深 xmax=0.69mm 實際切深 x5取0.4mm粗車第八刀切深 xmax=0.64mm 實際切深 x5取0.1mm4、根據(jù)吃刀深度確定左右借刀量。選擇梯形螺紋車刀實際刀尖寬度e=1.5mm。圖3由圖形3可知，在每次切深處左右借刀量：zmax=p-f-xi-e/2 當zmax取正值時表示刀尖切槽中心向右偏移zmaxmm，當zmax取負值時表示刀尖切槽中心向左偏移zmaxmm，注意：編寫加工程序時，實際偏移值應小于或等于zmax。故有，當 x1=1.75mm zmax=0.91mmx2=x1+x2=3.2mm zmax=0.72mmx3=x1+x2+x3

15、=4.2mm zmax=0.58mmx4=5.1mm zmax=0.46mmx5=5.9mm zmax=0.36mmx6=6.5mm zmax=0.28mmx7=6.9mm zmax=0.28mmx8=7.0mm zmax=0.214mm5、螺紋加工程序如下：%2010n1 t11 （在1號刀位安裝刀尖e寬度為1.5mm螺紋車刀）n2 m3 s1 m8 (驅(qū)動主軸轉(zhuǎn)動)n3 g0 x45 z12 （指定循環(huán)起點坐標值）n4 g92 x34.25 z-45 p6 （第一次循環(huán)，切深直徑值1.75mm,長度45mm）n5 g0 x40 z12.5 （將循環(huán)起點向z軸正方向偏移0.5mm）n6 g9

16、2 x34.25 z-45 p6 （向右借刀后車削一次）n7 g0 x40 z12.8 （將循環(huán)起點向z軸正方向偏移0.8mm）n8 g92 x34.25 z-45 p6 （向右借刀后車削一次）n9 g0 x40 z11.5 （將循環(huán)起點向z軸負方向偏移0.5mm）n10 g92 x34.25 z-45 p6 （向左借刀后車削一次）n11 g0 x40 z11.2 （將循環(huán)起點向z軸負方向偏移0.8mm）n12 g92 x34.25 z-45 p6 （向左借刀后車削一次）n13 g0 x40 z12 （循環(huán)起點回到切槽中心）n14 g92 x32.8 z-45 p6 （第二次循環(huán)，切深1.45

17、mm）n15 g0 x40 z12.3 （將循環(huán)起點向z軸正方向偏移0.3mm）n16 g92 x32.8 z-45 p6 (向右借刀后車削一次)n17 g0 x40 z12.6 (將循環(huán)起點向z軸正方向偏移0.6mm)n18 g92 x32.8 z-45 p6 (向右借刀后車削一次)n19 g0 x40 z11.7 (將循環(huán)起點向z軸負方向偏移0.3mm)n20 g92 x32.8 z-45 p6 (向左借刀后車削一次)n21 g0 x40 z11.40 (將循環(huán)起點向z軸負方向偏移0.6mm)n22 g92 x32.8 z-45 p6 (向左借刀后車削一次)n23 g0 x40 z12 (

18、循環(huán)起點回到切槽中心)n24 g92 x31.8 z-45 p6 (第三次循環(huán)，切深1.0 mm)n25 g0 x40 z12.4 （將循環(huán)起點向z軸正方向偏移0.4mm）n26 g92 x31.8 z-45 p6 （向右借刀后車削一次）n27 g0 x40 z11.6 （將循環(huán)起點向z軸負方向偏移0.4mm）n28 g92 x31.8 z-45 p6 (向左借刀后車削一次)n29 g0 x40 z12 (循環(huán)起點回到切槽中心)n30 g92 x30.9 z-45 p6 （第四次循環(huán)，切深0.9mm）n31 g0 x40 z12.35 （將循環(huán)起點向z軸正方向偏移0.35mm）n32 g92

19、x30.9 z-45 p6 （向右借刀后車削一次）n33 g0 x40 z11.65 （將循環(huán)起點向z軸負方向偏移0.35mm）n34 g92 x30.9 z-45 p6 (向左借刀后車削一次）n35 g0 x40 z12 (循環(huán)起點回到切槽中心)n36 g92 x30.1 z-45 p6 (第五次循環(huán)，切深0.8mm)n37 g0 x40 z12.3 （將循環(huán)起點向z軸正方向偏移0.3mm）n38 g92 x30.1 z-45 p6 （向右借刀后車削一次）n39 g0 x40 z11.7 （將循環(huán)起點向z軸負方向偏移0.3mm）n40 g92 x30.1 z-45 p6 （向左借刀后車削一次）n41 g0 x40 z12 (循環(huán)起點回到切槽中心)n42 g92 x29.5 z-45 p6 (第六次循環(huán)，切深0.6mm)n43 g0 x40 z12.2 （將循環(huán)起點向z軸正方向偏移0.2mm）n44 g92 x29.5 z-45 p6 （向右借刀后車削一次）n45 g0 x40 z11.8 （將循環(huán)起點向z軸負方向偏移0.2mm）n46 g92 x29.5 z