圖文分析數控車床梯形螺紋切削及編程方法應用

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梯形螺紋加工是車削加工中一項基本技術，但由於數控車床的加工方式，特別是經濟型數控車床在加工梯形螺紋中的局限較多，因此，梯形螺紋的編程及加工都成為了難加工技術。本文中主要研究了在GSK980T數控系統中如何進行梯形螺紋編程、加工及精度控制。

一、梯形螺紋的切削方法

車削加工梯形螺紋的切削方法有很多，一般有單刀完成和多刀完成兩種。

圖一

1、單刀完成：這種方法對於螺距小於4mm的梯形螺紋可行，當螺距大於4mm後由於切削力和刀具磨損的影響，單刀完成則效果不好。具體方法有以下幾種：

直進法：如圖一a所示，刀具採用與牙型槽等寬的尺寸，加工時只做橫向進刀。這種方法在加工加工梯形螺紋時，螺紋的牙型精度較高，但由於三刀刃均參與切削，切削力過大容易導致加工變形，只在小螺距螺紋加工時採用。

斜進法：如圖一b所示，刀具採用與牙型槽等寬的尺寸，加工中刀具縱向和橫向做複合進刀。這種方法在加工中刀具只有兩面刀刃受力，可適當減小切削力，

但由於兩刃切削，刀具的磨損程度不同，加工中易出現刀尖角發生變化，而造成牙型精度較差。這種方式只在梯形螺紋粗加工或螺紋精度不高時採用。

左右切削法：如圖一c所示，刀具採用與牙型槽等寬的尺寸，更多數控知識微信搜索公眾號「數控編程教學」免費領取教程，加工中刀具縱向雙向及橫向做複合進刀。這種方式加工刀具受力情況與斜進法相似，較易加工出梯形螺紋。但該方式要求刀具縱向左右兩側移動結合橫向進刀，對操作者技術要求較高，需多次操作後才能熟練掌握。

2、多刀組合法：一般梯形螺紋加工均採用這種方式。組合方式很多，如單刀加工中的三種只做為粗加工，留一定餘量後再採用精加工刀具完成加工。再如圖一d所示，這也是多刀組合中的一種，先用小切刀切直槽再用與牙型等寬的螺紋刀具加工。

二、螺紋編程指令

在GSK980T數控系統中，提供了三個加工螺紋的編程指令，分別是逐段加工螺紋指令G32、螺紋加工循環指令G92、複合循環指令G76。三個指令加工螺紋編程上有不同，進刀方式上也有不同，所造成的加工誤差也不同。在編程中應仔細分析、合理選用，以加工出合格的工件。

1、逐段加工螺紋指令G32，格式如下：

G32 X(U) Z(W)F

使用本指令編程每次螺紋加工路徑都至少需要4個程序段，如果螺紋加工使用斜線退出，每次走刀需要5個程序段。這種方法的缺點是程序過長、難以編輯、錯誤多並減小控制系統的存儲能力。但這種方法也有一定的優點，程序員可以絕對控制螺紋的編程過程，這種控制中有了手的介入，從而可以螺紋加工中應用一些特殊的技巧，例如用比螺紋本身小得多的螺紋刀加工螺紋或使用圓頭切槽刀加工大螺距螺紋。

2、螺紋加工循環指令G92，格式如下：

G92 X(U) Z(W)F

使用本指令主要優點是避免了重複數據，一條程序段，就能完成螺紋加工的定位、車削以及退刀，使程序更容易編輯，同時它還有螺紋收尾功能，不開退刀槽，也能實現車削螺紋的退刀。G32與G92一樣均為直進式切削方法，在切削螺距較大的螺紋時，由於切削深度較大，刀刃磨損較快，從而是造成螺紋中徑誤差，但是其加工的牙形精度高，一般多用於小螺距螺紋加工。

3、複合循環指令G76，格式如下：

G76 P(m) (r) (a) Q(Δdmin) R(d);

G76 X(u) Z(w) R(i) P(k) Q(Δd) F(L);

說明：

m:精加工重複次數：

r:倒角寬度：

a:刀尖角度：

ΔDmin:最小切削深度，當每次切削深度(Δd?·n1/2-Δd·(n-1)1/2)小於Δdmin時，切削深度限制在這個值上;

D:精加工餘量;

I:螺紋部分的半徑差，若I=0,為直螺紋切削方式;

k:螺紋牙高;

Δd:第一次切削的切削深度;

L:螺距。

本指令的加工中的參數的功能十分強大，只需給定螺紋的最終尺寸，螺紋加工中的進刀部分全部由計算機控制。並且任何數目的螺紋加工都只佔程序的很少部分，在機床上修改程序也會更快更容易。在GSK980T中，進刀方式為側面斜進法，這種方式在大螺距的粗加工中比較適用。

綜合三種加工指令的特點，在加工梯形螺紋時，使用G76指令不便於控制切削深度，還會增大刀具與工件的接觸面，一般不採用;如果單用G92指令，程序量也十分大，即使採用子程序也不能較大地縮短程序量;因此，採用G32指令是最好的選擇，並且可以充分發揮子程序的強大功用。

三、加工及編程

在加工Tr36X12(P6)，總長為48mm(見附圖) 所示的梯形螺紋工件中，綜合進刀方式分析，採用兩把刀加工，粗精加工均為直進的切槽組合進刀法。這種進刀法的關鍵在刀具上，根據梯形螺紋牙型各部分尺寸計算可知：牙型高為h3=0.5p+ac=0.5×6+0.5=3.5mm，牙底槽寬為W=0.366p-0.536ac=1.928 mm，如圖二所示。

小切刀各部分尺寸及角度如圖三所示，刀頭寬應在1.91～1.93mm，即使稍寬對螺紋的精度沒有影響;刀頭的長度應比牙型高長1～2mm左右即4.5～5.5mm;並刃磨出卷屑槽，為不影響排屑，槽型應為直線圓弧型，槽深控制在1.5 mm以內;刀具刃磨表面用油石精修以提高刀具的耐用度，更多數控知識微信搜索公眾號「數控編程教學」免費領取教程，刀尖過渡圓角R0.2 mm左右也用油石修出;由於此次加工為梯形螺紋，再加上螺距較大，因此須考慮螺紋升角對加工的影響，螺紋升角(tanψ)=np/∏d2=(2×6)/3.14×33=0.116，即ψ≈6°36′，為了避免車刀後面與螺紋牙側發生干涉，保證切削順利進行，應將車刀沿進給方向一側的后角磨成工作后角加上螺紋升角，即(3°～5°)+ψ≈10°;為保證車刀強度，應將車刀背著進給方向一側的后角磨成工作后角減去螺紋升角，即(3°～5°)-ψ≈-3°。刀具角度如圖三所示。

這種方式加工時，刀具不會出現三側刃同時加工的情況，並且進刀方式簡單，只需採用直進方式即能完成加工，從而使編程簡單、尺寸精度易保證，特別在多線螺紋加工中優勢更為明顯。在使用這種方法加工時，由於刀具材料及刀具尺寸的影響，切削深度不可過大，否則易出現扎刀甚至斷刀情況。將編程零點設在工件右端面，程序如下：

一)主程序：

%

O1111

T0101 小切刀

G99 S2 M3170r/min

G0 X44 Z6起刀點

M98 P700001每次切深0.05mm，共3.5 mm，需70次

G0 X100 Z100退刀

T0303精車刀

G0 X44 Z6

N98 P600001 第一階段精車，每次切深0.05 mm

M98 P200002第二階段精車，每次切深0.02 mm

M5

M0停車測量

S2 M3

M98 P100003第二階段精修，每次0.01 mm，可根據測量結果調整進

G0 X100 Z100 刀次數

M5

M30加工結束

%

在本程序中只進行了單線螺紋加工的編程。在加工Tr36X12(P6)螺紋部分時，還應再對程序進行相應調整。在編程中，可將粗、精加工分別做成子程序，先將兩線螺紋的粗加工完成，再進行精加工。這樣可提高多線螺紋的分線精度。

二)子程序：

00001

G0 U-8.1

G32 Z-79 F12

G0 U8

Z6

M99

00002

G0 U-8.04

G32 Z-79 F12

G0 U8

Z6

M99

00003

G0 U-8.02

G32 Z-79 F12

G0 U8

Z6

M99

結束語

完成上述的梯形螺紋加工總共用時24分鐘，這樣比在普通車床上加工要提高近一倍的效率，並且表面質量達到Ra1.6，螺紋各項指標完全符合要求。在編程中我使用了最基本的G32進行編程，原本的程序量是非常大的，由於加工中重複動作多，採用了子程序優化，這樣極大的減少了程序量，這也是基本指令的優點。

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