1、螺纹轴的数控加工工艺设计王波摘要：这里分析了轴类零件中螺纹的工艺方案制订及采用 BEIJING-FANUC Oi Mate-TB 系统进行数控编程的方法。关键词：螺纹；工艺；编程 从 20 世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求 100%检
2、验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步。特别是在通用微机数控领域，以 PC 平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。但是，我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出。在新世纪到来时，如何有效解决这些问题，使我国数控领域
3、沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。为完成此任务，必须确立符合中国国情的发展道路。为此，本文以螺纹的加工简单地介绍一下数控加工方面的一些知识。一、加工工艺分析常用螺纹的牙型有三角形、梯形、矩形等。螺纹的加工方法多种多样，大规模生产直径较小的三角螺纹，常采用滚丝、搓丝或轧丝的方法，对数量较少或批量不大的螺纹常采用车削的方法。随着数控技术的逐渐普及，轴类零件越来越多的采用数控车床加工。这里以 BEIJING-FANUC Oi Mate-TB 系统为例，介绍在数控车床上加工螺纹时，其工艺方案的制订及数
4、控加工程序的编制。（一） 走刀路线的确定在数控车床上加工螺纹，首先要制订合理的工艺方案，然后才能进行编程和加工。工艺方案的好坏不仅会影响数控车床效率的发挥，而且将直接影响到螺纹的加工质量。在数控车床上车螺纹时，沿螺距方向的 , 向进给应和车床主轴的旋转保持严格的速比关系，考虑到刀具从停止状态到达指定的进给速度或从指定的进给速度降为零，驱动系统必有一个过渡过程，因此沿轴向进给的加工路线长度，除保证螺纹长度外，还应增加刀具引入距离 1 和超越距离 2，1 和 2 的数值与车床拖动系统的动态特性、螺纹的螺距和精度有关。一般 1 为 25，对大螺距和高精度的螺纹取大值；2 一般取 1 的 1/4 左右
5、。若螺纹收尾处没有退刀槽时，收尾处的形状与数控系统有关，一般按 45退刀收尾。（二） 、螺纹车刀的选用螺纹车刀属于成形刀具，要保证螺纹牙型的精度，必须正确刃磨和安装车刀。对螺纹车刀的要求主要有以下几点：1、车刀的刀尖角一定要等于螺纹的牙型角；2、精车时车刀的纵向前角应等于 0；粗车时允许有 515的纵向前角；3、 因受螺纹升角的影响，车刀两侧的静止后角应不相等，进给方向后面的后角较大，一般应保证两侧面均有 $W T )W 的工作后角；4、车刀两侧刃的直线性要好。制造螺纹车刀的材料有高速钢和硬质合金两种。高速钢螺纹车刀刃磨方便、切削刃锋利、韧性好，能承受较大的切削冲击力，加工的螺纹表面粗糙度小。
6、但它的耐热性差，不宜高速车削。硬质合金螺纹车刀的硬度高、耐磨性好、耐高温，但抗冲击能力差。数控车床一般选用硬质合金可转位车刀。螺纹车刀刀片有全牙型刀片、泛螺距刀片、多齿刀片三种。由于泛螺距刀片可加工刀尖角相同螺距不同的螺纹，所以应用广泛。采用泛螺距刀片时，外螺纹的外径、内螺纹的内径须在螺纹加工前车削到正确的直径。（三） 、 三角螺纹的车削方法车螺纹的进刀方式有直进式和斜进式，直进式车螺纹容易保证牙型的正确性，但车削时，车刀刀尖和两侧切削刃同时进行切削，切削力较大，容易产生扎刀现象，因此只适用于车削较小螺距的螺纹。用斜进法车削螺纹，刀具是单侧刃加工，排屑顺利，不易扎刀。第四节 选择切削用量普通螺
7、纹 牙深=0.6495 * P P 是螺纹螺距1 1.5 2.0 2.5 3 3.5 4 螺距牙深 0.649 0.9741.2991.6241.9492.2732.5980.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.5 1.50.4 0.6 0.6 0.7 0.7 0.7 0.80.2 0.4 0.6 0.6 0.6 0.6 0.60.16 0.4 0.4 0.4 0.6 0.60.1 0.4 0.4 0.4 0.40.15 0.4 0.4 0.40.2 0.2 0.40.15 0.3走刀次数和背吃刀量1 次2 次3 次4 次5 次6 次7 次8 次9 次 0.21、主轴转速的确定在车削螺纹时
8、，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距（或导程）大小、驱动电机的升降频特性及螺纹插补运算速度等多种因素影响，故对于不同的数控系统，推荐有不同的主轴转速选择范围。如大多数经济型车床数控系统推荐车螺纹时的主轴转速如下： n 1200/P-K 式中：P 是螺纹的螺距 (mm)；K 是保险系数，一般取为 80。2 、走刀次数和背吃刀量的确定螺纹加工中的走刀次数和背吃刀量会直接影响螺纹的加工质量，车削螺纹时的走刀次数和背吃刀量可参考表 1。表 1 普通螺纹走刀次数和背吃刀量的参考表注：表中背吃刀量为直径值，走刀次数和背吃刀量根据工件材料及刀具的不同可酌情增减。二、 编程方法不同的数控系统，车螺纹的编程指令有所
9、不同。对于 BEIJING-FANUC Oi Mate-TB 系统来说，有三种指令可用于等螺距直螺纹、锥螺纹的车削加工如图 1 所示，螺纹的螺距为 2mm，根据表 1 可知其牙深为 1.299mm，安排 5 次走刀，每次的背吃刀量分别为 0.9、0.6、0.6、0.4、0.1，车螺纹时设定速段为 5mm，降速段为 2mm。（一） 、采用 G32 指令进行车螺纹T0101 M03 S400；（T0101 为螺纹车刀，主轴正转，转速为 400r/min）G00 X29.1 Z5;G32 Z-42 F2；（第一次车螺纹，背吃刀量为 0.9mm）G00 X32；Z5；X28.5；（第二次车螺纹, 背吃
10、刀量为 0.6mm）G32 Z-42 F2；G00 X32；Z5；X27.9；G32 Z-42 F2；（第三次车螺纹,背吃刀量为 0.6mm）G00 X32；Z5；X27.5；G32 Z-42 F2；（第四次车螺纹,背吃刀量为 0.4mm）G00 X32；Z5；X27.4；G32Z-42 F2；（最后一次车螺纹, 背吃刀量为 0.1mm）G00 X32；X150 Z150M05；M30；（二） 、 采用 G92 指令进行车螺纹T0101 M03 S400；G00 X40 Z5；（刀具定位到循环起点）G92 X29.1 Z-42 F2；（第一次车螺纹）X28.5 ；（第二次车螺纹）X27.9；（
11、第三次车螺纹）X27.5；（第四次车螺纹）X27.4；（最后一次车螺纹）G00 X150 Z150；（刀具回换刀点）M05；M30；（三） 、采用 G76 指令进行车螺纹T0101 M03 S400；G00 X40 Z5；（刀具定位到循环起点）G76P011060Q100R0.2(车螺纹）（G76 X27.4 Z-42.0 R0 P1299 Q900 F2.0（螺纹高度为 1.299mm，第一次车削深度为 0.9mm，螺距为 2mm）G00 X150 Z150；（刀具回换刀点）M05；M30；通过对同一螺纹三种不同的编程方法进行分析，可以知道采用 G76 编程最为方便，程序段最少，但是参数计算
12、比较复杂，实际加工中若参数设置不当，很容易造成打刀的现象。采用 G32 编程，程序段长，一般很少采用此种方法。采用 G92 编程，条理很清晰并且走刀路线直观，又因为程序段不是太长，所以实际加工中这种方法用得最多。结束语数控机床以其加工精度高、柔性好等优点在我国制造行业应用越来越广。但它的投资大、维修困难、功能利用低 （特别是加工中心，有的刀库有一百多把刀具，但大多企业在一台加工中心上加工一个零件，刀具数量不超过 20 把） 。对中小型企业，单方面追求数控化，不一定是提高经济效益的有效途径。只有根据企业的实际状况和产品的特点，特别像齿轮泵这样小规格产品，合理制定工艺方案，采用通用机床、专用工艺装备和少量专用机床相结合的方案是取得较好经济效益的可靠途径。参考文献1 于华 . 数控机床的编程及实例 . 北京: 机械工业出版社，19942 杨伟群 .数控工艺培训教程 . 北京: 清华大学出版社， 20023 蒋增福. 车工工艺与技能训练. 北京: 高等教育出版社，1997
