王永俊

摘 要：数控车床主要用来加工轴类或盘类的回转零件，利用经济型数控机床加工多线螺纹，是螺纹加工的难点。实习中大多数同学对螺纹加工感到棘手，我通过学习实践，总结出多线螺纹的加工要点和操作要领，为自己在数控操作提供理论依据。

关键词：数控车床；多线螺纹；误差分析

在现代工业生产中，利用数控车床加工螺纹，能大大提高生产效率、保证螺纹加工精度，减轻操作工人的劳动强度。但在职高及技校的数控车床实习培训中普遍存在如下现象：绝大多数学生对螺纹加工感到棘手，特别是加工多线螺纹，更加无所适从。下面通过螺纹零件的实际加工分析，阐述多线螺纹的加工步骤和方法。

一、螺纹的基本特性

在机械制造中，螺纹联接被广泛应用，例如数控车床的主轴与卡盘的联结，方刀架上螺钉对刀具的坚固，丝杠螺母的传动等。它是在圆柱或圆锥表面上沿着螺旋线所形成的具有规定牙型的连续凸起和沟槽，有外螺纹和内螺纹两种。按照螺纹剖面形状的不同，主要有三角螺纹、梯形螺纹、锯齿螺纹和矩形螺纹四种。按照螺纹的螺旋线数不同，又可分为单线螺纹和多线螺纹。在各种机械中，螺纹零件的作用主要有以下几点：一是用于连接、紧固；二是用于传递动力，改变运动形式。三角螺纹常用于连接、坚固；梯形螺纹和矩形螺纹常用于传递动力，改变运动形式。由于用途不同，它们的技术要求和加工方法也不一样。

二、加工方法

螺纹的加工，随着科学技术的发展，除采用普通机床加工外，常采用数控机床加工。这样既能减轻加工螺纹的加工难度又能提高工作效率，并且能保证螺纹加工质量。数控机床加工螺纹常用G32、G92和G76三条指令。

其中指令G32用于加工单行程螺纹，编程任务重，程序复杂；而采用单一循环指令G92，可以实现简单螺纹切削循环，使程序编辑大为简化，但G92的进刀方式为直进法，所以加工的螺距只能是较小的。而复合指令G76，克服了指令G92的缺点，采用的是斜进法方式进刀，减轻刀具的受力情况，且程序简捷，可节省编程时间。

在普通车床上进行多线螺纹车削一直是一个加工难点：当第一条螺旋线车成之后，需要手动进给小刀架并用百分表校正，使刀尖沿轴向精确移动一个螺距再加工第二条螺纹；或者打开挂轮箱，调整齿轮啮合相位，再依次加工其余各头螺纹。受普通车床丝杠螺距误差、挂轮箱传动误差、小拖板移动误差等多方面的影响，多线螺纹的导程和螺距难以达到很高的精度。而且，在整个加工过程中，不可避免地存在刀具磨损甚至打刀等问题，一旦换刀，新刀必须精确定位在未完成的那条螺纹线上。这一切都要求操作者具备丰富的经验和高超的技能。然而，在批量生产中，单靠操作者的个人经验和技能是不能保证生产效率和产品质量的。在制造业现代化的今天，高精度数控机床和高性能数控系统的应用使许多普通机床和传统工艺难以控制的精度变得容易实现，而且生产效率和产品质量也得到了很大程度的保证。

三、实例分析

现以FANUC0I系统的CKA6150车床，加工螺纹M30×3/2-5g6g为例，说明多线螺纹的数控加工过程：

工件要求：螺纹长度为20mm，两端倒角为2×45°、牙表面粗糙度为Ra3.2的螺纹，采用的材料是为45#圆钢坯料。

1.准备工作

通过对加工零件的分析，利用车工手册查找M30×3/2-5g6g的各项基本参数：该工件是导程为3mm，且螺距为1.5（该参数是查表的重要依据）的双线螺纹；大径为30，公差带为6g，查得其尺寸上偏差为-0.032、下偏差为-0.268、公差有0.236，公差要求较松；中径为29.026，公差带为5 g，查得其尺寸上偏差为-0.032、下偏差为-0.150，公差为0.118，公差要求较紧；小径按照大径减去车削深度确定。螺纹的总背吃刀量ap与螺距的关系近经验公式：ap≈0.65P， 每次的背吃刀量按照初精加工及材料来确定。大径是车削螺纹毛坯外圆的编程依据，一般情况下都是以d实=D-0.1P来计算，（D为公稱直径），在实际生产中，避免了复杂的计算，通常实际大径都取小于0.2mm， 中径是螺纹尺寸检测的标准和调试螺纹程序的依据，小径是编制螺纹加工程序的依据，所以小径的尺寸计算必须准确，小径的计算公式为：d1=D-1.3P。两边留有一定尺寸的车刀退刀槽。

2、正确选择加工刀具

螺纹车刀的种类、材质较多，选择时要根据被加工材料的种类合理选用，材料的牌号要根据不同的加工阶段来确定。对于45#圆钢材质，宜选用YT15硬质合金车刀，该刀具材料既适合于粗加工也适合于精加工，通用性较强，对数控车床加工螺纹而言是比较适合的。另外，还需要考虑螺纹的形状误差与磨制的螺纹车刀的角度、对称度。车削45号钢螺纹，刃倾角为10°，主后角为6°，副后角为4°，刀尖角为59°16，左右刃为直线，而刀尖圆弧半径则由公式R=0.144P确定（其中P为螺距），刀尖圆角半径很小在磨制时要特别细心。

四、多线螺纹加工方法及程序设计

多线螺纹的编程方法和单线螺纹相似，采用改变切削螺纹初始位置或初始角来实现。假定毛坯已经按要求加工，螺纹车刀为T0303，采用如下方法来进行编程加工。

1.用G92指令来加工圆柱型多线螺纹

G92指令是简单螺纹切削循环指令，我们可以利用先加工一个单线螺纹，然后根据程序格式中的C和P的设定，来实现多线螺纹的加工。

具体的程序格式为：G92 X Z C P F ；其中X为螺纹小径，Z为螺纹终点坐标，C为线数，P为每条螺旋线对应的起始角度（360°/C）F为多线螺纹的导程。

假设外圆尺寸和退刀槽已加工完毕，程序编辑如下。（工件原点设在右端面中心）

2.多线螺纹加工的控制因素

在运用程序加工多线螺纹中，要特别注意对以下问题的控制：

（1）主轴转速的确定

由于数控车床加工螺纹是依靠主轴编码器工作的，主轴编码器对不同导程的螺纹在加工时的主轴转速有一个极限识别要求，因此要用经验公式S= 1200/P-80来确定（式中P为螺纹的导程），当实际的切削速度超过了数控系统参数内设定的最大切削速度时，系统则不能正常分线，螺纹牙型容易乱扣。

（2）表面粗糙度要求

螺纹加工的最后一刀基本采用重复切削的办法，例如程序中的X27.4指令运行了两遍，这样可以获得更光滑的牙型表面，达到Ra3.2要求。

（3）余量加工过程控制

对试件切削运行程序之前除正常要求对刀外，在FANUC数控系统中要设定刀具磨损值在0.3～0.6之间，第一次加工完后用螺纹千分尺进行精密测量并记录数据，将磨损值减少0.2，进行第二次自动加工，并将测量数据记录，以后将磨损补偿值的递减幅度减少并观察它的减幅与中径 的减幅的关系，重复进行，直至将中径尺寸调试到公差带的中心为止。在以后的批量加工中，尺寸的变化可以用螺纹环规抽检，并通过更改程序中的X数据，也可以通过调整刀具磨损值进行补偿。

五、加工误差分析及使用

1、G92直进式切削方法，由于两侧刃同时工作，切削力较大，而且排屑困难，因此在切削时，两切削刃容易磨损。在切削螺距较大的螺纹时，由于切削深度较大，刀刃磨损较快，从而造成螺纹中径产生误差；但是其加工的牙型精度较高，因此一般多用于小螺距螺纹加工。由于其刀具移动切削均靠编程来完成，所以加工程序较长；由于刀刃容易磨损，因此加工中要做到勤测量。

2、G76斜进式切削方法，由于为单侧刃加工，加工刀刃容易损伤和磨损，使加工的螺纹面不直，刀尖角发生变化，而造成牙型精度较差。但由于其为单侧刃工作，刀具负载较小，排屑容易，并且切削深度为递减式。因此，此加工方法一般适用于大螺距螺纹加工。由于此加工方法排屑容易，刀刃加工工况较好，在螺纹精度要求不高的情况下，此加工方法更为方便。

五、结束语

在加工合格且精度要求较高螺纹时，要在生产实践中不断总结经验，避免出现故障。特别在应用数控车床加工精度要求较高的螺纹时，可采用两刀加工完成，即先用G76加工方法进行粗车，然后用G92加工方法进行精车，可以达到比较好的效果。但要注意刀具起始点要准确，不然容易出现乱扣，造成零件报废。

参考文献：

[1]数控车工（技师高级技师），劳动社会保障出版社.

[2]数控车削编程与操作技术，谢晓红.电子出版社.

[3]數控车削编程与操作训练，高枫.高等教育出版社.