數控車床螺紋加工技術分析

林新 韋德周

[摘 ? ?要]在現代機械制造技術當中，數控技術的深度應用已成為提升螺紋加工質量的重要措施。不同數控系統中所提供的螺紋加工指令，在程序編寫、加工效率以及加工精度均有不同的特點。針對不同的加工要求選擇數控車床系統，對數控車床螺紋加工故障進行診斷與分析，妥善解決數控車床螺紋加工中存在的問題。對數控車床螺紋加工技術的相關內容進行研究分析，以全面提升螺紋加工質量，促進數控車床螺紋加工工作的開展。

[關鍵詞]數控車床;螺紋加工;加工技術

[中圖分類號]TG519.1 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）05–00–03

Analysis on Thread Machining Technology of NC Lathe

Lin Xin，Wei De-zhou

[Abstract]In modern mechanical manufacturing technology， the deep application of NC technology has become an important measure to improve the quality of thread machining. The thread machining instructions provided by different NC systems have different characteristics in programming， machining efficiency and machining accuracy. According to different machining requirements， select the NC lathe system to diagnose and analyze the thread machining faults of NC lathe， and properly solve the problems existing in the thread machining of NC lathe. This paper studies and analyzes the related contents of thread processing technology of NC lathe， comprehensively improves the thread processing quality， and provides reference for the development of thread processing of NC lathe.

[Keywords]CNC lathe; thread machining; process technology

1 數控車床螺紋加工工藝

1.1 螺紋銑削加工技術

在數控車床的加工過程當中，可選擇用螺紋鐵銷刀具對螺紋進行直接加工，有較為良好的經濟效益，是現階段常用的加工方法，也是在數控車床中經常用到的加工工藝。在大孔螺紋加工作業以及復雜的螺紋加工作業中，其應用范圍非常廣泛，它的加工工藝優勢也特別明顯。在通過數控車床加工時選擇用螺紋鐵銷法可獲得相對較高的加工精度，也能確保螺紋的工作速度。螺紋洗消刀在實際應用時，可選擇用同一把刀具進行左旋螺紋處理和右旋螺紋處理，也適用于不同材料以及復雜材料的加工處理，均能確保材料加工的工藝精度。

1.2 絲錐加工法

在進行小直徑螺紋加工環節中，絲錐加工方法的加工精度并不高，因此在面對要求較高精度加工需求時，要避免使用絲錐加工法。在絲錐加工方法應用過程中，需要選擇適配的鉆頭直徑，確保螺紋底孔的直徑公差上限方面可相互進行協調，減少絲錐加工法在實際加工時的絲錐受損概率。絲錐受損的原因一般都是由于絲錐和需要加工材料的接觸過程當中，相互協調的關系難以形成，使螺紋的耐久性下降。

1.3 挑扣加工法

在數控車床螺紋加工中，挑扣加工法并不常用，主要是以采用應急措施為主，是在沒有絲錐以及螺紋銑銷工具時應急使用，挑扣的加工工藝一般是在箱體零件需要做大螺紋孔時，此時借助鏜刀桿和螺紋車刀來進行鏜銷加工工作。在挑扣的加工期間，要特別注意其主軸的轉動速度。由于主軸在轉動前期很容易造成延時情況，因此需要針對此情況采取有效的控制辦法，防止因為主軸的不當轉速原因導致螺紋加工質量受到影響。而在多刀桿實際工作環節中，需要保證刀桿和刀槽位置的對應性以及一致性，防止造成亂扣的現象，最終導致成品的加工效果受到影響。在挑扣中進行多刀操作處理就是挑扣加工法，因此挑扣加工方法的實際應用效率相對來說比較低，不適合在大規模推廣中使用，只可以當做應急處理的備用方案。

2 數控車床螺紋加工精度提升措施

2.1 控制積屑瘤

積屑瘤主要形成于被切金屬以及刀口附近前方的黏結，因加工硬化的影響造成積屑瘤的硬度相對較高，然而積屑瘤在工作中具備不穩定性特征，切削條件也會由于積屑瘤產生一定的變化。積屑瘤本身在穩定的時候，可大大的降低它的熱量，并且增加其工作的前角，能有效的幫助減小刀具主偏角和切削厚度。通過刀具主偏角或是減小供給量可以有效的降低和提升切削速度，此情況都會讓切削溫度產生變化，在切削鋼材時，如果其表面比較平滑，那么就說明積屑瘤較小。在實際加工期間，可選擇用性價比較高的潤滑劑，在切削工件材料時可選擇用植物油來切割，可以有效的幫助加大材料相互間的吸附力，相互摩擦得越少所產生的積屑瘤數量越少，摩擦越小，積屑越少，螺紋加工質量和螺紋精度越好。當前角增大時，刀具與接觸面之間的壓力會有效降低，這將有效降低切削溫度和切削力，進而有效減少切屑的出現。

2.2 解決車床加工影響因素

施工人員需要不定時的對機床進行例行檢查，妥善幫助解決有可能發生的或者即將發生的故障問題，對于車床坐標系統和刀具長度進行效驗和計算，診斷其運動情況，如果出現故障問題時，其運動發出的響聲就會出現異常，因此可以通過這個情況去判斷出機械里面存在的問題，通過聲音出現的方位進行檢測，能快速解決數控車床中存在的故障。工作人員可通過應用直線插補來幫助解決機床里的誤差問題，全面提高螺紋的加工精度。

2.3 加工工件裝夾方式的合理選擇

數控車床的加工工件裝夾方式正常都是用組合裝夾的方式，合理選擇定位基準，通過各種方式組合起來，而不是簡單地選擇一種方法，組合裝夾方式能有效減少裝夾誤差以及防止工件重復裝夾。在安裝的具體過程中，要根據不同的零件結構去選擇合適的裝夾組合方式，從而達到提高裝夾質量以及速度，大大的加大加工效率，提高數控車床的加工精度以及產品質量，促進數控技術的發展。

2.4 分析機加工零件的可制造性

為了讓車床加工的精度得到更好的保證，首先需要分析被加工零件的可制造性，要根據機械零件的局部特點以及外部尺寸，確定加工的工藝順序，使數控車床在加工過程中最大限度的減少重復換刀的時間，致使資源和時間的浪費達到最小，此外，還要確定其加工的基準，可以使工件的重復裝夾次數大大減少并且減少裝夾誤差，保證被加工零件的輪廓位置要求以及尺寸精度。

2.5 選擇刀具材料和角度要合理

數控車床在加工的過程中，如果已經確定好工件的夾緊方式，就需要把刀具的對刀點進行確定好。刀具的設定點，說的是刀具原點在刀具確定的坐標系中，起初開始移動的那個點。一般情況，零件對刀就是尋刀點的過程，數控起點程序就是對刀。數控車床的操作需要找到參考點才能控制。也要選擇合適的刀具設置。尺寸的選擇以及對刀點如果出現問題，會降低車床零件的加工精度，并且在對刀過程中甚至還可能誘發安全問題，也有可能給設備的后期使用埋下一定的安全隱患。刀具的選擇對加工精度來說起著重要的作用。大部分數控車床用的是系列化標準刀具，相對而言都配備了完整的刀具庫?？梢允褂玫墓ぞ弑容^多樣化，材料和性能也不盡相同。因此，數控車床工作時候選擇的刀具，應該依據被加工零件的材質以及需求來合理選刀具，并綜合考慮耐磨性、韌性、硬度、強度等方面。

3 數控車床螺紋加工故障維修措施

3.1 亂扣故障的維修措施

螺紋加工是需要多次切削才能完成，為了確保重復性切削過程中不會出現亂扣現象，必須要在重復性切削開始時候，其進刀位置保證相同，主軸編碼器里的一轉信號被數控系統接收之后才會進行螺紋加工計算運動。為此工作人員需要先看刀具選的型號有無錯誤，通過選擇合理正確的刀具型號，以達到實現對刀具的重新安裝和加工的目的。同時還要對主軸連接以及編碼器的同步帶進行質檢，看是否有出現松動的情況，一旦發現編碼器連接和主軸連接的同步帶出現松動，就要馬上進行更換新的同步帶，同時要再次進行間距調整工作。再者，工作人員需要對系統的參數NO.1622進行質檢，看看切削的進給加減速時間常數有無過大，用不用重新進行設置。

3.2 刀具在工件前端停止不執行程序

Z軸進給和主軸旋轉之間的插補是數控車床螺紋加工的原理。當螺紋加工程序發出指令時，系統需要從主軸檢測裝置獲得每次旋轉的信號后才能執行螺紋加工操作，Z軸為主軸每次旋轉進給一個螺距或導程。數控車床加工螺紋時，刀具停止在工件前端并未執行程序時，可以去觀察診斷頁面。當看到1轉的等待信號如果為1時候，就說明主軸編碼器的1轉信號出現了故障。當進行螺紋車削的時候，就會阻礙工件前端程序向下執行。這時就要去質檢主軸編碼器，同時也要對主軸編碼器進行更新，才能很好地排除故障。如果1轉信號沒有出現錯誤，可以在參數NO.1826中設置各軸的原位寬度值

3.3 車削螺紋螺距錯誤的維修方式

數控車床螺紋在加工環節中，主軸旋轉和Z軸進給間的插補控制，在螺紋加工時出現螺距錯誤情況時，會由于主軸編碼器反饋信號所傳輸的數據信息并不準確，為此需要及時進行更新同步帶和主軸編碼器。如果Z軸絲杠或X軸絲杠和主軸竄動太大時，需要馬上去調整主軸軸向竄動，Z軸和X軸絲杠的間隙也可以根據系統的參數來自我調整補償。另外當螺紋加工指令的程序有錯誤情況出現時，要及時對相關的程序進行檢查，保證編寫的螺距和圖紙要求的一致性。

4 數控機床螺紋加工應用研究

4.1 螺紋尺寸計算

以《數控銑床加工技術（華中系統）》為例，對于數控車削螺紋加工工藝進行研究，探究螺紋加工工藝實施中的注意問題。普通螺紋用數控車床加工時需確定的相關尺寸一般都是以加工內螺紋前的底孔尺寸和加工外螺紋前的光桿尺寸等尺寸為主。

（1）光桿直徑的計算需要在加工外螺紋前進行。車削外螺紋期間，如果工件是塑性材質時候，車削的過程中很容易遭到車刀擠壓，從而造成螺紋直徑尺寸出現持續性脹大。因此設置光桿直徑時候要略小于螺紋公稱的直徑：

光桿直徑=螺紋公稱直徑–（0.1～0.13）P （1）

式中，P為是螺紋的螺距。

（2）加工內螺紋前的底孔直徑計算過程中，因為底孔在車削的過程當中非常容易遭到車刀擠壓，繼而會造成底孔直徑慢慢縮小，所以設計底孔直徑時要比螺紋內徑略大一點：

塑性材料底孔直徑=公稱直徑–P

脆性材料底孔直徑=公稱直徑–（1.05～1.1）P

4.2 螺紋的起始切削位置

螺紋在加工過程中，為了有效避免出現“螺紋亂扣”的狀況，在同一螺紋的切削期間，需要把螺紋切削起點的Z坐標設定為一個固定值，而Z坐標在設定期間也要認真考慮引入距離，設計螺紋切削起點的X坐標時候需要比螺紋公稱直徑大。

（1）單線螺紋切削起始位置的選擇。螺紋切削的工藝主要是分層進行切削，為了保證刀具每一次的分層切削都能切削到同一條螺紋上方，需要確保每一次開展螺紋切削起點的Z坐標為同一坐標值。

（2）選擇多線程切割的起始位置。FANUC系統主要選擇是軸向分型方式，通過改變螺紋切削起點的Z坐標來幫助實現。加工第二根螺紋時，需要把第一根螺紋的切削起點的Z坐標向右移動一個螺距，進行加工第三根螺紋時候，需要把第二根螺紋的切削起點的Z坐標向右移動一個螺距。

在華中系統的具體應用過程中，可以選擇圓周分割線法，在保持螺紋切削起點的Z坐標位置不變的前提下，繼而去改變螺紋切削起點在圓內的位置。雙線螺紋圓周方向每隔180°需要加工一個螺紋，三線螺紋圓周方向每隔120°需要加工一個螺紋。

4.3 螺紋切削最終進刀位置

螺紋刀在X方向的最終進刀位置始終取決于螺紋內徑，如式（4）所示，同時也可通過螺紋分刀表來確定。

螺紋內徑=螺紋外徑–1.3P （4）

4.4 引入引出距離

伺服系統本身有一定的滯后性。在螺紋加工期間，螺紋切削的起始位置很容易出現“超前”，而螺紋切削的終止位置則會出現“滯后”，造成螺紋兩端的螺距和加工要求不能滿足相關要求。因此，刀具的引入距離應在螺紋切削的開始位置進行考慮，刀具的引出距離應在螺紋切削的結束位置考慮。

4.5 主軸速度設計

在螺紋切削過程中，當切削力比較大時，不易把轉速設計過高，大部分數控車床車削螺紋的主軸轉速需要參考n<1200/P-k來確定。其中k為保險系數，一般取值80。為了保證螺距的精度，需要保證主軸的轉速恒定，所以此時要采用G96恒線速度指令。

4.6 刀具安裝方法

螺紋刀具的刀尖需要設置得比車床主軸的軸線高。如果螺紋刀具的刀尖安裝過高，刀具的后刀面會抵住工件，會大程度的增加摩擦力，造成工件彎曲甚至“扎刀”。如果安裝高度過低，那么就很不利于排屑。因此，必須保證螺紋刀具頂角的對稱中心線垂直于工件軸線，以保證螺紋輪廓的正確性。在實際安裝過程中，可借助工具模板來校準。

4.7 進刀方法

華中系統所提供的螺紋加工指令包括G32、G82、G76。僅在刀具材料質量好且螺距較小時，可采取直進方法進行加工。對于加工螺紋精度較低的工件，可確保粗精車螺紋切削起始位置一致性的條件，先行遵行G76先行粗車，同時也可遵行G32、G82指令完成精車，避免出現“亂扣”的情況。

5 結語

數控車床螺紋加工工藝具備加工效率高、經濟性高的優勢，為了確保螺紋加工質量，需要靈活性應用螺紋加工工藝技術，診斷與排除各項故障問題，合理設置數控車床的螺紋加工參數，全面提升螺紋加工精度。

參考文獻

[1] 余松林，黃勇，馬生俊，等.多頭大導程矩形螺紋數控加工研究[J].機械制造與自動化，2021，50（5）：16-18，22.

[2] 朱國明.CRH2動車組牽引拉桿螺紋加工中數控銑削技術的應用[J].中國金屬通報，2021（4）：221-222.

[3] 何宏偉，李明.數控銑床加工技術（華中系統）[M].機械工業出版社，2010.