梯形螺紋加工分層排刀法在車床切削加工中的應用

黃 玖

（廣西機電技師學院，廣西柳州 545005）

0 引言

車床作為制造業的基礎設備，只有在技工的操作下，才能發揮其應用價值，不管是在重工業企業，還是在中企業當中，普通車床的應用較為常見，熟練的車床技工是該領域普遍需要的人才。應用普通車床切削出梯形螺紋，對車床磨損相對較大，所以梯形螺紋多以數控機床加工為主[1]。

1 定義及參數信息

梯形螺紋是螺紋的一種，因為牙型為等腰梯形，牙型角為30°，故而稱之為梯形螺紋（圖1）。梯形螺紋特點為：內外螺紋為錐面，自身的貼合力較大，穩固性非常好，作為連接部件，不易出現松動的情況；而與矩形螺紋對比來看，梯形螺紋的傳動率要略低于一些，但是由于梯形螺紋工藝和牙根強度較為良好，實際應用效果要高于矩形螺紋[2]。針對梯形螺紋的提出的標準規定為30°梯形螺紋代號用“Tr”及公稱直徑×螺距表示，左旋螺紋需在尺寸規格之后加注LH，右旋則不注出。梯形螺紋的基本參數信息見表1。

表1 梯形螺紋的基本參數信息

圖1 梯形螺紋

2 切削循環G92 指令及普通車床的分層排刀法

2.1 梯形螺紋切削循環G92 指令

G92 切削循環的加工步驟為：進刀→加工→退刀→返回，其中進刀是在循環起點位置上快速地完成進刀操作；加工為對螺紋進行切削的加工；退刀和返回則與進刀相同，都是在快速的狀態下完成，4 個步驟所形成的循環操作，便是G92 指令基本內容（圖2）。

圖2 G92 指令螺紋切削過程平面

由圖2 可知，G92 指令的切削加工方面，是直進式的切削加工，假若將其應用到數控車床當中，數控機床便會采用分層法進行加工。而分層法在編程過程中，一個主程序通過控制3 個子程序，完成相關加工操作實現分層左右切削的加工方式（圖3）。所以，此種加工方式，能夠適用于大螺距的螺紋加工，梯形螺紋便屬于大螺距螺紋[3]。

圖3 分層編程程序控制

2.2 普通車床的分層排刀法

以Tr36×6-7e（外梯形）螺紋為例，按照G92 指令內容推導出普通車床的分層排刀法，內容如下[4]。

（1）加工梯形螺紋的準備工作：①按照梯形螺紋的大徑尺寸進行車床加工，加工至公稱直徑尺寸處，公稱直徑尺寸處位置的尺寸減少0.05～0.1 mm 即可；②梯形螺紋的圓柱面兩側倒角，角度設定為15°；③采用對刀樣板進行刀具的安裝，刀尖的高度與主軸中心高等相同，同時左、右兩側的半角呈現為對稱狀態；④中滑板刻度和小滑板刻度進行對零操作；⑤進行車床切削時，中滑板吃刀設定為0.1 mm，從而檢驗螺距是否達到標準。

（2）分層排刀法的走刀加工流程，需要進行9 層的加工，走刀數為3，中小滑板刻度在不同層加工當中參數不同，分層排刀法走刀加工流程見表2。

表2 分層排刀法走刀加工流程 mm

（3）在實際加工過程中，假若加工出現問題，可以選用分層排刀法，進行梯形螺紋的二次對刀，從而有效提高加工的工作效率。此外，分層排刀法不僅適用于外梯形螺紋的加工，還可將其應用帶內梯形螺紋的加工當中，只需要將中滑板的刻度值降低1/2 便可實現。

3 普通車床切削加工中梯形螺紋的加工設計

3.1 刀具設計

通常情況下加工梯形螺紋的刀具材料為高速鋼，型號為W18Cr4V，此種材料的刀具不僅具有較高的可磨性，還能適用于低轉速的加工過程中，進而提高加工面的質量。但是此種材料刀具的耐磨性和熱塑性較低，所以實際加工效率較差，而數控車床常用的涂層合金刀具，不但滿足高轉速的加工要求，實際表面的加工質量還能得到保證，同時自身具備強耐磨特點，能夠有效提高加工的效率[5]。因此，在普通車床上加工梯形螺紋時，刀具方面的設計可將上述兩種刀具結合起來，其中高轉速的刀具用于精細化的梯形螺紋加工工序，涂層合金材料的刀具用于粗加工的梯形螺紋加工工序。

此外，還需要對高速鋼的刀具進行修改，才能保證高速鋼刀具的穩定性，修改內容主要有兩項，分別是提高高速鋼刀頭的裝夾穩定性和降低高速鋼刀在切削過程中的振動頻率，從而在高速鋼刀柄的固定件。也可以采取加粗的方式，增加裝夾穩定性，同時在刀桿的彈性裝置上加裝一個減振的彈簧圈，增加刀具的抗振能力。

3.2 加工參數設計

（1）普通車床切削加工的方法。常規的普通車床切削加工的方法主要有3 種，分別是斜進法、左右切削法以及直進法，其中直進法的加工精度要求相對較低，左、右切削法主要用于加工工件的兩側面，斜進法則為加工工件的特殊結構。因此，上述3 種加工方法，粗加工選用直進法、精細化加工選用剩余兩種方法，同時按照工件的加工要求調整斜進法和左、右切削法的加工工序。

（2）加工參數。加工參數以Tr40×6 的梯形螺紋為例，按照表1 的參數指標計算相關內容，從而得到對應的加工參數數據（表3）。

表3 Tr40×6 的梯形螺紋加工參數 mm

（3）左右切削法加工方法。使用左右切削法，先測量出牙頂寬數值，將測量數值減去理論數值，之后再減去左右兩側身剩余的精細化加工量，假若精細化加工的表面質量狀態較好時取0.2 mm 的值，反之粗糙程度較高時則取0.3 mm，之后將取的值縮小兩倍，從而得到單側切削的刀量。此外，精細化加工選用高速鋼時，刀具轉速設置為28 r/min，加工刀槽底尺寸，同時為了保證螺紋中徑的尺寸符合標準，需要進行精細化的左、右兩側切削加工。

3.3 螺紋精度控制

（1）機床的調整。梯形螺紋在加工過程中，對于精度的要求較高，為了降低加工機床的磨損程度，機床方面的調整可通過選用專用絲桿車床的方式，提高絲桿的加工精度；還可以調整車床各部件之間間隙的方式，增加車床精度的同時，降低磨損[6]。例如：調整滑板楔鐵的配合間隙、調整開合螺母的燕尾導軌配合間隙等。

（2）刀具的裝夾。刀具的裝夾控制分為兩點，分別是刀具兩側刃后角的變化以及刀具安裝的精度影響。其中刀具兩次刃后角的變化，主要是因為機床切削時，受到螺紋升角的影響，從而導致其出現變化，進而可選用能轉動加工刀角度的彈性刀架，來控制切削的振動幅度以及預防扎刀的情況，但此種方式只能應用于粗加工工序當中；再者是刀具安裝的精度影響，假若機床在安裝刀具時，中心高的對準程度沒有達到標準，就有可能導致螺紋的牙型角出現偏差，進而需要利用螺紋角度樣板，對刀的中心高進行校準，確保螺紋加工刀尖中心線與工件軸線保持在垂直狀態。同時在安裝刀具時，使用百分表對刀具左側未進行刃磨的部分，進行直線度校準，從而控制刀具安裝的精準度。

（3）中徑值的控制。梯形螺紋的測量內容主要分為大徑、中徑和牙型角，大徑和牙型角測量較為簡單，中徑則存在一定的難度。梯形螺紋在精細化加工過程中，只有控制好中徑值才能保證螺紋加工的精度和效率，所以可以通過控制小滑板進給數值的方式控制中徑值，規律為：小滑板進0.05 mm，中徑值降低0.15 mm；小滑板進0.1 mm，中徑值降低0.3 mm。以此類推，從而有效控制梯形螺紋的實際加工精度。

4 結束語

梯形螺紋加工分層排刀法在普通車床切削加工中的應用，研究首先從理論的角度出發，通過闡述理論的方式，突出研究的對象，再從G92 指令方面入手，推導出分層排刀法，同時突出普通車床切削加工中的梯形螺紋加工應用內容，最后提出普通車床切削加工中梯形螺紋的加工設計，完善研究的同時，提高研究的可實施性，進而完成研究。該研究存在一定的不足之處，主要體現在與實際產品工件的聯系程度相對較低，未來在同類型研究中將重點從實踐產品工件的角度出發，以增加研究的實踐性和研究價值。