摘　要：螺纹加工较难的原因是加工时的影响因素较多，既有机床设备方面的因素，也有刀具的因素或人为原因等，本文列举出数控车削螺纹产品中出现诸多缺陷，并逐一介绍如何避免和相应的解决办法。
 
       关键词：数控车削 螺纹 机床设备 刀具
   
       引言
 
       螺纹产品种类很多，在人们日常生活中随处可见，如螺栓、螺杆、丝杠、螺钉、螺母和堵头等与人们的衣、食、住、行密切相关。螺纹按用途可分为联接螺纹和传动螺纹，按牙型可分为三角形、矩形、圆形、梯形和锯齿形螺纹。螺纹产品的加工方法很多，螺栓螺杆等外螺纹大多用车削方法加工，对于螺纹直径不大的螺杆，量产时采用滚丝或
搓丝可提高加工效率。内螺纹加工一般用丝锥攻丝，尺寸较大的内螺纹可以用车床车螺纹。
 
      随着机加工技术的发展，数控机床在工厂里已普遍使用，用数控车床车螺纹是螺纹加工中最常用的方法之一。它通过程序控制既可以加工普通螺纹，也可以加工形状复杂的异形螺纹。用数控车床加工出来的螺纹精度高，产品的一致性高、加工速度快、表面质量好且调试方便。车螺纹会产生各种各样的缺陷，既有机床和设备的原因，也有刀具和操作人员等因素的影响。现从以下几方面分析螺纹加工中常见的不良现象及相对应的措施。
 
      1　、外螺纹端面或内螺纹孔口处毛刺较大
 
      在车削螺栓、螺杆等外螺纹时，通常将棒料外径车削至螺纹大径，然后端面倒角。如果不倒角，螺纹起头处易外翻，有较大的毛刺产生。这样的毛刺易刺手，既不利于加工操作，也会影响测量和后面的装配。倒角的大小也会影响去除毛刺的效果。倒角大时，影响螺纹的美观和螺纹的有效长度；倒角小时，会出现毛刺，车削外螺纹倒角大小一般为螺纹螺距的大小为宜，例如，加工 M10 螺杆时，由于M10 标准螺距为 1.5mm，所以倒角大小为 C1.5 较为合适。内螺纹的倒角至螺纹大径，如加工 M10 螺纹孔，先用 φ8.5 钻头钻好螺纹底孔，再用比钻底孔直径大两个螺距约 φ14 的钻头倒角。倒角后加工螺纹，螺纹起头处不再会有毛刺产生。
 
      2　、螺纹有乱牙、乱扣现象
 
      普通车床车削螺纹，会根据螺纹的螺距（导程）挂轮，进刀时主轴正转，退刀时主轴反转，主轴与刀具间必须保持严格的运动关系，即主轴带动工件每转一圈，刀具应均
匀地移动一个恒定的距离，这个恒定的距离为螺纹的螺距（或导程）。这样每次进刀点相同而不会出现乱牙现象。
 
     数控车床加工螺纹时不需要反转退刀，不会出现乱牙的原因是在数控车床的主轴上安装有光电编码器。带着工件一起转动着的主轴，其运动状态由一根同步带传送到主轴编码器，主轴编码器检测到主轴的转速后，会将信息反馈到机床数控系统中，数控系统再根据程序编制的螺距（导程）大小，发出指令严格控制主轴每转一圈，刀具移动一个螺距（导程）的距离，且保证每次进刀点的位置，即便主轴转速较快，仍可以轻松找到每次进刀点，使加工螺纹时不会出现乱牙现象。 
 
     用数控车床加工螺纹时，有时会出现乱牙或烂牙等不良现象，其原因可能有以下几方面：（1）光电编码器损坏。光电编码器一般安装在车床主轴的末端，只要打开车床主轴箱侧面防护罩，即可更换编码器。（2）同步带齿磨损严重。同步带磨损，会使编码器和主轴传动不成定比，影响主轴转速和刀具间形成的螺距（导程）关系而造成车削乱牙。同步带属于易损品，它是连接编码器和主轴的传动件，拆卸和安装都很方便。（3）数控车床主轴轴向窜动，存在间隙。只要调整轴向丝杠螺母里的间隙即可。如果间隙较小，可以用系统间隙自动补偿功能修改参数来补偿；如果间隙过大，维修较麻烦，必须将丝杠螺母拆卸下来，根据窜动量在螺母里加相应厚度的垫片。（4）操作者编制的程序存在问题。编制程序时主要是把定位点确定好。数控车削螺纹在编制分层加工时，注意每次轴向定位点保持一致，可有效避免乱牙。例如，加工 M20 螺杆，螺纹有效长度为 50mm，编程如下：
 

     每次退刀时，也要注意径向退刀距离，如果退刀时直径大小不变，仍按原直径退出或距离过小，这时刀尖就会将加工过的牙型破坏或牙尖车平，造成废品。特别是初学者加工螺纹，经常会出现这种现象。
 
     由于车螺纹需要多次分刀进行，因此 Z 轴每次定位必须相同，否则加工会出现乱牙。而现在大多系统有复合循环指令，只要定位点确定后，以后每次分层加工不必重新设置。单一车削循环指令 G92 和 G76 车螺纹就属于这样的准备功能指令。
 
     3　、螺纹加工开始段及结束段螺距不稳现象
 
     螺纹加工每次定位点必须相同，不论是 G32 代码的定位点由编程人员设定，还是复合指令 G92 由机床系统内部参数值保证。螺纹加工阶段必须要保证主轴带动工件每转一圈，车刀走一个螺距，可使加工出的零件产品不烂牙，不乱牙。但在螺纹加工的起始段，由于转速和车刀移动速度较快，在车刀到达工件表面时，还未来得及保证主轴转速与车刀移动的定值（螺距或导程），往往会出现螺纹开始阶段的螺距不太稳定，螺距大都偏小，装配时螺母很难旋入。螺纹加工即将结束时，主轴转速及刀具移动速度会降低，这时也会出现螺距不稳现象。为了在加工中克服这种现象的发生，在每次编程时，将开始车削时的 Z 值距离设定长些，把加工不稳定阶段用于刀具空走，待稳定后才开始车削。如上面的程序中，Z 值可以设置到工件右端面5mm 甚至更长点的距离。对于结束段，螺纹结构中往往有退刀槽，螺纹螺距不稳定阶段在退刀槽内，这种结构很好地解决结束段螺距不稳现象。
 
     编程举例如下：
  
    
 
     4　、扎刀
 
     扎刀现象在车加工中经常遇到，这与车刀的安装高度和刃磨角度有很大关系。螺纹加工车刀安装过高，则切削深度达到一定数值时，车刀的后刀面顶住工件，增大摩擦力，甚至把工件顶弯。车刀安装的过低，则切屑不易排出，车刀径向力的方向是工件中心，加上横向进丝杠与螺母间隙过大，使吃刀深度不断自动趋向加深，从而把工件抬起，甚至引起崩刃。工件装夹不牢固使其本身的刚性不能承受车削时的切削力，因而产生过大的挠度，改变了车刀与工件的中心高度，工件被抬高，形成切削深度突增。刀具刃磨前角过大及刀具磨损也会出现扎刀现象。避免扎刀的方法大致有：
 
     （1）及时调整车刀高度，使其刀尖与工件的轴线等高，通常的做法是利用尾座顶尖来对刀，在粗车和半精车时，刀尖位置比工件的中心要高出被加工件直径的 1/100 左右；（2）及时刃磨并减小螺纹车刀前角，维修调整或自动补偿减小 X 轴丝杆间隙，也是避免扎刀现象的常用做法；（3）加工螺纹时不要选择背吃刀量和切削速度太大，要根据螺纹螺距（导程）大小和工件刚性选择合理的切削用量。
 
      5、　牙型不准确
 
     有时加工的螺纹牙型会出现变形，这种变形主要表现为牙尖角偏大或偏小，或是牙型形不对称，出现了向一边偏斜。造成牙型不准确的原因主要有以下几个方面。（1）刀具刃磨角度偏差较大。普通三角螺纹刀尖角为60°，梯形螺纹刀尖角为 30°，刃磨时要用刀具角度样板测量，如果没达到角度要求，需要重新刃磨。精度要求高的车刀，可以在工具磨床上刃磨角度，如图 1 所示。
  

     
  
             图 1 车螺纹定位及走刀路线图
 
     （2）车刀安装不正确。螺纹左右两刃的中心线在对刀时应该垂直于车床主轴轴线，也就是说刀具的主偏角与副偏角相等，都为 60°。如果在安装刀具时，刀具的中心线与轴线不垂直，加工出来的螺纹牙将歪向一边，使螺纹通规通过不了，若再往下加工，螺纹牙形会偏薄，影响螺纹产品的强度。所以在安装螺纹刀具时，一定要用螺纹靠板或采用百分表来找正。先拧刀架上用于固定刀具的一个螺栓，稍微用点力，调整好刀具角度后再拧刀架上另一个螺栓，看刀具的角度，两个螺栓拧的时候交错进行，不至于在拧紧时刀具发生转动，如图 2 所示。
  

     
  
          图 2 普通三角螺纹刃磨及安装角度图
 
     （3）刀具磨损。机加工刀具材质大都是硬质合金，螺纹车刀也不例外，这是因为硬质合金刀具具有硬度高、耐磨、高强度和很好的韧性。要根据不同的加工条件，调整好合适的切削用量，刀具耐用度就会增加。但是任何刀具在长时间使用后，都会产生磨损。尤其螺纹车刀较尖，磨损更快，加工出来的螺纹尺寸会发生改变，这时应及时将刀具卸下来重磨或更换新的刀具。图 3 为硬质合金车刀的典型磨损曲线图。
  

      
  
                   图 3 硬质合金车刀的典型磨损曲线
   
      6　、螺纹表面质量较差
 
     造成螺纹表面质量差，表面粗糙度数值较大的原因主要有以下几点。
 
    （1）刀柄或工件较细。刀柄伸出较长，刀柄或工件又较细，两者刚性差，倘若切削用量选择又过大，切削时势必会产生震动，从而使加工的螺纹表面产生震刀纹，表面质量很差。或高速切削螺纹时切削厚度太小或切屑向倾斜方向排出，拉毛已加工牙侧表面，造成螺纹表面粗糙度数值较大。因此，应尽量增大刀柄的截面，减小刀柄伸出长度。选择合适的切削用量对表面质量的影响很大。
 
     （2）车刀切削刃磨的角度有问题，径向前角过大。
 
     若径向前角大，又或中滑板丝杠螺母有大的间隙，易产生扎刀，从而产生震刀纹。解决的措施就是减小车刀的径向前角。高速钢切削螺纹时，最后一刀的切屑厚度一般要大于 0.1mm，并使切屑沿垂直轴线方向排出，不破坏已加工表面质量。
 
     （3）螺纹车刀刀尖会产生积屑瘤。积屑瘤随着加工的进行不断生成、长大和脱落。同时，由于部分积屑瘤碎屑嵌在工件表面上，在工件表面上形成硬质点，这些情况都将严重影响螺纹表面粗糙度。避免产生积屑瘤的常用方法是增大或减小切削速度，刀具刃磨时适当增大后角和刃倾角，并且根据材质选择正确的切削液。
 
      7　、结语
 
     在加工螺纹过程中出现产品不良的原因是多种多样的，除上述机床、设备、刀具和操作人员等因素影响外，还有其他等综合因素作用使然。所以排除不良产生的故障应视具体情况具体分析，通过各种检测与诊断手段，并辅以工作中的经验，找出具体的影响因素，采取合理而有效的解决办法。