梯形螺纹的数控技术分析及应用
2016-9-12 来源：石家庄工业泵厂有限公司 作者：贾志欣
【摘 要】 随着工业化的快速推进，我国制造业得到了迅猛的发展，同时也对元器件的生产工艺提出了越来越高的要求和标准。为了满足日益增长的生产工艺需求，梯形螺纹加工工艺作为一种新型的数控加工工艺而被研发出来。现阶段梯形螺纹加工逐渐成为当下一种常用的数控加工工艺，但是由于这种数控加工工艺所使用的螺纹牙角较小，刀具强度也较弱，同时工艺的程序控制步骤也比较复杂，这大大增加了其在实际操作中的难度。基于此，本文将着重分析探讨梯形螺纹的数控技术要点及不把控。
【关键词】 梯形螺纹；数控技术；措施
1、梯形螺纹的数控技术
1.1、梯形螺纹加工工艺流程
首先，调整梯形螺纹加工所用数控机床的精准度，然后在对应的数控机床中加入选定的加工材料，在数控机床正式工作之前，相应的机床操作人员一定要检验机床的精度，确保机床加工的精确度符合规定的要求，即满足加工的需求。其次，数控机床操作人员在加工过程中需要使用规范的机床车削方法和装夹方式，我们加工过程中常用的装夹方式主要是通过使用三抓盘夹持固定在工件的一端，用顶尖将工件的另一端顶住，同时，为了避免工件在机床加工过程中发生轴振动而造成机床加工精度不准的问题发生，数控机床装夹的一端通常需要设置成台阶式。此外，为了避免梯形螺纹出现变形的问题，机床操作人员在机床加工的过程中要注意将顶尖顶住元件的时候不能过紧，需要预留一定的空间范围。
1.2、主要技术参数及刀具选用
螺距：螺距反应的是螺纹牙跟牙之间的距离，其值一般按国家标准给定。牙型角：一般牙型角的度数有30 和60 度等。螺纹大径：即螺纹的公称直径。中径：一般为大径减去一半螺距，主要用来测量螺纹是否合格的尺寸。小径、牙高、牙顶宽、牙槽底宽主要构成了螺纹的基本形状。牙顶间隙：ac，当P 为1.5--5，时，ac 值为0.25。梯形螺纹的代号：一般用字母“Tr”表示，区别于普通螺纹“M”标示。梯形螺纹刀具有两种，第一：高速钢涂层梯形螺纹车刀。这种刀具主要用于粗加工，去除较大的加工余量，获得较好的加工效率及较差的表面粗糙度。第二：硬质合金刀具。该刀具的切削性能较好，能获得较好的表面质量和较高的加工精度，主要用于梯形螺纹的精加工。
1.3、多头螺纹加工
1）直进法。加工方法是在加工过程中对刀具的z 轴（轴向方向）不进行改变，分次进给（直径方向），来完成螺纹的切削。2）斜进法。在每次住复行程后，除了做横向进刀以外，只在纵向的一个方向微量进给。3）左右切削法。加工方法是通过改变z 轴的方向，也是进刀的起始点，来完成对螺纹一个侧面的加工，完了再加工另外一个侧面，最后对两侧面和底面进行修光。
1.4、梯形螺纹检测
梯形螺纹检测主要检测螺纹的大径、中经、小径尺寸和表面质量。1）大径尺寸主要由游标卡、千分尺测量；2）底径尺寸一般由程序控制牙型高度，而间接控制底径尺寸；3）中经尺寸可以用单针测量或三针测量法，为提高螺纹检测精度，选择三针测量法，量针直径为3.1mm；根据中经允许的极限偏差，千分尺读数为M 为36.409-36.764mm 之间尺寸合格；4）螺纹螺距通过螺纹规检查螺纹螺距是否正确；5）根据零件的技术要求，检查牙顶、牙底、两牙侧面的表面粗糙度是否符合要求；6）内梯形螺纹检测主要通过综合测量来检测螺纹是否正确。梯形螺纹加工编程的方法很多，这只是其中一种编程方法，此方法是在实训教学过程中总结出来的，在FANUC数控系统车床实际加工上得到正确验证。能加工出符合图纸要求零件，并且效率较高。
2、梯形螺纹数控技术应用实例及注意事项
我公司主要生产渣浆泵、脱硫泵、船用泵，挖泥泵等，其中一些过流部件（如叶轮）的材料是我公司自主研制的高铬铸铁工件，叶轮螺纹孔为盲孔结构，螺纹为美制Acme 梯形螺纹，国内几乎没有相关螺纹加工的技术资料可做参考，并且螺纹直径及导程大，螺纹牙型角29°，螺旋槽深达13mm，且工件经正火处理其硬度在HRC58-65，工件硬度高，若采用直切法加工刀具与工件接触面积大，切削力大，易产生振动，对刀具的磨损也很大，无法保证螺纹加工的精度。通过反复切削试验，借助数控编程，实现螺纹的半成型刀具交错切削，同时设计机夹立方氮化硼（BN-S）盲孔梯形螺纹刀具，一种专用于加工高铬铸铁工件梯形螺纹的刀具，其包括由45# 钢制成的刀体，立方氮化硼材料制成的刀片，刀体的基面凹槽与刀片底面的凸起精密定位，从而实现刀片的互换，同时刀片尺寸的改变可适用于不同螺距的螺纹加工，不仅可以保证螺纹的精度，其效率也得到了提高。如图1 所示。
图1
具体工作中，要特别注意的是：1）车削梯形螺纹时，要加足切削液的供给，以免刀具受热发生刀具损坏。2）粗精车梯形车刀的刀头宽度相差要小，避免粗车后，精加工时发生刀具损坏的现象。3）车削梯形螺纹时，切削刃应保证锋利，两侧切削刃应对称，刀体不能外斜。4）对于工件的装夹，往往采用两顶夹或者一夹一顶装夹。粗车较大螺距时，也可采用四爪卡盘一夹一顶，以保证装夹牢固，同时使工件的一个台阶靠在卡盘上面，用来固定工件的轴向位置。加工时切削力不能过大，否则容易使工件移位而毁坏螺纹。在加工的时候，要选择精度高和磨损少的机床，通过适当调配机床的各处的间隙，对床鞍与中小滑的配合部位进行检查和调整，选用磨损较少的交换齿轮即可。5）当然如果在批量生产加工时还是要一次一次地改变螺纹车刀车削前的轴向起点位置来修光梯形螺纹的两侧面，生产效率将大大降低，为了解决这个问题，我们可以将梯形螺纹左右两侧面的加工过程分别编成两个子程序，每次调用时使车刀轴向偏移0.1lmm，在工件的首件试切中确定需调用子程序的次数，从而将整个加工过程编人程序当中，即从加工第二件工件时车床就可以一直自动运行下去，直到工件被加工合格。
总而言之，梯形螺纹牙形角度小，深度大，可以与梯形螺母完美匹配，并且通过梯形螺纹加工工艺在数控机床加工中的应用可以极大地提高数控机床加工的质量和效率，进而可以为加工企业谋取更多的社会和经济效益。因此有必要在以后的实际工作中得到我们进一步研究应用。
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