数控车床梯形螺纹车削方法探究

沈坤

摘要：梯形螺纹是机械加工中比较应用较多的一种螺纹，也是普通车床加工中一项重要的加工技能，但是如何在数控车床上进行梯形螺纹的车削加工，时常会因为梯形螺纹的加工工艺、刀具选择、加工程序等原因很少应用数控车床进行加工。本文主要阐述在应用数控车床实现梯形螺纹车削加工的方法，正确的应用程序，以及对加工工艺和参数进行分析。

关键词：梯形螺纹;加工方法;进刀方式

0  引言

梯形螺纹在机床和机械设备中的应用十分广泛，其牙型角几何形状为30°等腰梯形。优点在于贴合面贴合紧凑、工艺性好、强度高。相对于矩形螺纹而言其传动效率不及矩形螺纹效率高。普通车床加工梯形螺纹时其生产效率较低、并且加工后的合格率相对较低，操作者劳动强度较大。因此数控车床加工梯形螺纹类零件能够提高生产效率和零件质量，降低操作者劳动强度。

为使梯形螺纹的加工精度和表面粗糙度得到保证，在车削梯形螺纹时，螺纹车刀选用高速钢材质进行低速车削;车削螺纹时，因径向接触面积切削力较大刀具承受力比较大，为保证螺纹的加工精度，可分别采不同的粗车刀具和精车刀具对工件进行粗、精车削加工。

①高速钢梯形螺纹车刀一般采用人工磨制而成，切削刃较为锋利，车刀韧性较好，并且刀尖不易产生崩裂现象，因此在适用于加工精度较高表面粗糙度要求较低的梯形螺纹。常用于加工塑性材料的大螺距螺纹和精密精度要求较高的如丝杠等工件，缺点是生产效率相对较低。

②高速材质的钢梯形螺纹粗车刀。其材质的刀具特点是具有较大的背前角，排屑比较顺畅;并且其刀具后角小有一定的钢性，能接受较大承受力，适用于粗加工丝杠类零件及螺纹螺距较小的梯形螺纹。为了方便左右切削的进刀方式应留出精加工余量，螺纹车刀的刀头宽度应不大于槽底宽W，车刀的两刃夹角必须要小于牙型角。

③高速钢梯形螺纹精车刀。高速钢梯形螺纹精车刀具的特点：车刀主切削刃沿两侧在磨刀时磨有R2～R3mm的分屑槽，并且保证刀具前角较大、从为保证铁屑能够顺利排出。梯形螺纹车刀的纵向前角γp=0°，其刀具两侧切削刃的夹角要等于牙型角角度。为了保证两侧切削刃排的屑顺利，要磨有较大前角（γo=10°～20°）的卷屑槽。在进行梯形螺纹车削加工过程中更要注意，不该使螺纹车刀的前刀刃完全接触零件表面。

进行低速车削梯形螺纹时一般采用直进法、斜进法、左石切削法三种进刀方式进行加工。现在我们根据以上三种进刀方式进行探究：

①直进法，也被称之为切槽法。该方法在车削加工方过程中，进行每次一次车削仅在X轴方向进刀，利用梯形螺纹车刀的牙型和主切削刃的几何尺寸来保证螺纹加工精度，其优点是操作相对比较简单。缺点是采用该方法进行车削加工三个切削刃都都参与加工，刀具受力较大。如果刀具的材料不佳、刃磨的刀具角度处理达不到要求，加工过程中容易产生“扎刀”或者刀尖断裂的情况。

②斜进法，加工时，采用预磨好的梯形螺纹车刀按照车直槽法的原理沿牙形角间接进给至螺纹小径。此方法加工时要采用递减的背吃刀量进行车削，因加工时加工表面接触面积大所以需要编辑程序时循环次数较多。这种方法避免了直槽法时的弊端，切削较顺利，但是容易出现扎刀、倒牙等现象。

③左右切削法。梯形螺纹车削刀具沿着X轴方向进刀时每，要保证车削循环时必须保证每次车削的循环起点在Z轴方向大于螺纹的两个螺距，此方法是为了避免因直接进刀法进刀定位存在误差，三个主切削刃同时受力较大发生车刀断裂或扎刀等现象。避免因为Z轴方向存在定位误差产生乱扣现象，不能够保证螺纹的加工精度。因此该方法只能用于梯形螺纹的粗加工。

1  实例分析如何实现梯形螺纹的车削加工

以零件图纸中标注为Tr36X6长度为40mm的梯形螺纹为例，介绍在FANUC Oi mate-TC系统中如何实现梯形螺纹的车削加工。

1.1 直进法

车削梯形螺纹直进法，是利用X轴直接进给的方式进行加工，在FANUC系统中只能采用该系统中G92单一螺纹加工固定循环指令进行车削加工。其梯形螺纹加工部分程序如下，并留有精加工余量。

00001：（程序名）

N1  M03 S80;（主轴正转转数80r/min）

N2  T0301;（选择3号梯形螺纹车刀并调用1号刀具补偿）

N3  G00  X40  Z20;（快速移動到X40 Z20坐标点）

N4  X29;

N5  G00  X100   Z100;

N6  M05  M30;

直进法，是应用梯形螺纹车刀沿数控车床X轴方向间接递减进给，直接加工到螺纹最小直径。应用本方法完成梯形螺纹车削时，应用此方法对螺纹车削时，螺纹车刀的三个主切削刃分别承受不同大小的切削力。前几次进刀时由于切削较浅背吃刀量较小，并不会发生扎刀等现象，随着加工深度的变化其承受的切削力、背吃刀量和切削刃也在增加，造成加工零件的排屑困难、刀尖刀刃损耗较快，从而导致切削过程中有发生“扎刀”的现象发生。应随着进刀深度的增加背吃刀量的增加相应的调节进刀量，避免“扎刀”现象的产生，但是该方法进行加工螺纹时，也可以采用调节背吃刀量的方式来调节进刀量来保证齿形的正确，但是螺纹大径两侧容易产生大量毛刺影响螺纹尺寸精度和表面粗糙度要求、影响零件的整体质量。

1.2 斜进法车削梯形螺纹

在FANUC数控系统中，螺纹车削复合循环指令G76的加工路径是以沿梯形螺纹牙型角在X轴方向多步进给切削至螺纹的最小径。采用螺纹车削复合循环指令G76编制粗加工程序如下，并留精加工余量。

00002;（程序名）

N10  M3 S80 M8;（主轴正传转数80r/min，冷却液开）

N20  T0201：（30梯形螺纹车刀）

N30  G00  X42  Z20（G76螺纹指令循环起点）

N40  G76 P010030  Q80  R0.05：

N50  G76 X29 Z-46 P3500 F6;

N60  G00 X100 Z300;（退刀至安全距离）

N70  M09 M05 M30;（冷却液关、主轴停止、程序结束并返回程序头）

采用斜进法的进刀方式车削梯形螺紋时，其加工方式是刀具沿螺纹牙形左侧由X轴不断进给的方式进行切削加工，直至切削到螺纹最小直径。该进刀方式车削螺纹时因刀具只有连个切削刃受力排屑较为顺畅，刀具所承受的切削力和切削热也比较小，相比直接进刀法该进刀方式能够避免直接进刀的缺点。在车削加工过程中避免了扎刀现象的发生。

1.3 左右切削法车削梯形螺纹

采用左右切削法进行梯形螺纹加工，该方法的进刀方式是螺纹车刀沿着螺纹的牙形角方向进行交替进给切削至螺纹小径，从而完成梯形螺纹的车削加工。采用该方法进行车削时，只能采用M98子程序调用指令和G32螺纹车削指令进行程序编制，才能够实现刀具左右进刀的切削方式。梯形螺纹粗加工部分程序如下，且留精加工余量。

00003;（主程序部分）

N1 M03 S80 M08;

N2 T0101;（30°调用梯形螺纹车刀，调用1号刀补）

N3 G00 X42 Z20;（快速移动至循环起点）

N4 M98 P10002;（调用O0002号子程序）

N5 G00 X100 Z300;（快速移动至换刀点）

N6 M05 M09 M30 ;（主轴停止、切削液关闭、程序结束）

00002;（子程序部分）

N10   G00 U-20.4;

N20   G32 U0  Z-47  F6.0;

N30   G00 U20.4;

。。。。。

N100  G32 U0  Z-46  F6。0;

N110  G00 U20.3

N120  M99

采用此方法车削进行梯形螺纹的切削加工优点在于，走刀路线清晰、加工过程更加规律有序、车削时车刀两侧的主切削刃只有一个在参与切削，承受切削力较小，加工状态稳定，也能够避免直接进刀法是产生的扎刀现象。但是在实际车削过程中需要操作者根据实际经验观察加工过程中排屑是否顺畅，根据排屑情况适当调节进给量来保证铁屑顺利排出、进而保证梯形螺纹的尺寸精度和表面粗糙度。

2  车削梯形螺纹注意事项

车削梯形螺纹时一定要注意以下几点：①进行梯形螺纹车削加工时一定要按照数控车床安全文明生产操作规程和进行车削加工。②在进行梯形螺纹车削加工时一定要打开切削液从而避免车削热的产生对工件的几何尺寸有影响。③在进行梯形螺纹加工要综合考虑零件的总长，如果零件较长尽量活顶尖。④车削梯形螺纹时，为避免扎刀和零件变形现象发生，尽量选择较小的切削用量。⑤编制梯形螺纹加工程序前，操作者要充分了解机床性能和最大进给速度，避免加工时发生机床失步现象。

参考文献：

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[2]杨志丰，宣萍.数控车床加工梯形螺纹[M].工业技术，2013（02下）.

[3]马莉敏.数控机床编程与加工操作[M].武汉：华中科技大学出版社，2005.