数控车削螺纹时常见问题及工艺分析

1、数控车削螺纹时常见问题及工艺分析【摘 要】数控加工螺纹虽然具备柔性加工程度高、自动化程度高、加工精度高、加工质量稳定可靠、生产效率高等许多优点。但如果刀具选择不当，程序编写工艺性不强，操作不当等往往会缩短刀具使用寿命，增加加工成本，甚至引发加工事故【关键词】螺纹 啃刀 乱牙 左右借刀法螺纹车削加工是指螺纹车刀在旋转圆柱或者锥形工件表面上，向前爬升，形成的具有相同剖面的连续凸起和沟槽。螺纹的种类很多，按形成螺旋线的形状可分为圆柱螺纹和圆锥螺纹；按用途不同可分为连接螺纹和传动螺纹；按牙形特征可分为三角螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹；按螺旋线的旋向可分为右旋螺纹和左旋螺纹；按螺旋线的线数可分为

2、单线螺纹和多线螺纹。在机械制造业中，带螺纹的零件应用得十分广泛。用车削的方法加工螺纹，是目前常用的加工方法。在普通车床上车削米制、英寸制、模数和径节制四种标准螺纹，无论车削哪一种螺纹，车床主轴与刀具之间必须保持严格的运动关系：即主轴每转一转(即工件转一转)，刀具应均匀地移动一个(工件的)导程的距离。由于机械传动级数受变速箱空间大小限制和齿轮齿数受齿轮模数影响，导致螺纹加工内容受到限制，螺纹加工的质量和速度也受操作工人技术水平的影响，因此螺纹数控加工替代普通加工是目前发展的一种趋势。数控加工螺纹具备柔性加工程度高、自动化程度高、加工精度高、加工质量稳定可靠、生产效率高等许多优点。但如果编程和操作

3、不当，往往会缩短刀具使用寿命，增加加工成本，甚至引发加工事故。数控车削螺纹时，往往由于各种原因，造成由主轴与刀具之间的运动，在某些环节出现问题，引起车削螺纹时产生故障，影响正常生产。为此，我们必须提前做好预防，消除加工隐患。车削螺纹时常见故障及工艺分析如下：一、啃切现象工艺分析：原因是车刀安装得过高或过低，工件装夹不牢或螺纹车刀刀尖磨损过大。 1、车刀安装得过高或过低：过高，则吃刀到一定深度时，车刀的后刀面顶住工件，增大摩擦力，甚至把工件顶弯，造成啃切现象；过低，则切屑不易排出，车刀径向力的方向是指向工件中心，加上z轴方向伺服电机强力推进，致使吃刀深度不断自动趋向加深，从而把工件抬起，出现啃切

4、现象。此时，应及时调整车刀高度，使其刀尖与工件的轴线等高(可利用尾座顶尖对刀)。在粗车和半精车时，刀尖位置比工件的中心高出1d左右(d表示被加工工件直径)。2、工件装夹不牢：工件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(工件被抬高了)，形成切削深度突增，出现啃切现象，此时应把工件装夹牢固，可使用尾座顶尖等，以增加工件刚性。 图13、车刀磨损过大：引起切削力增大，顶弯工件，出现啃切现象。此时应及时更换螺纹刀片。二、乱扣螺纹乱扣是指同一螺纹车刀在多刀切削过程中，螺纹车刀横向轨迹（起点坐标、速度）不同而造成的螺纹乱扣。工艺分析：1、数控车床有两个伺服电机，一个

5、是用来控制x轴方向进给，一个用于控制z轴方向进给，加工圆柱螺纹时车刀先移动到x轴方向程序指定坐标值，然后平行于z轴方向进给，进给速度按照每分钟主轴转数乘于导程的速度进给。在进给过程中，如果工件装夹不牢产生z轴方向串动，或者因切削阻力过大沿转动方向产生相对滑动，就会发生车刀刀尖不在前一刀所车出的螺旋槽内，以致出现乱扣。2、加工刀具在接触工件时相对位置发生改变。如图1中所示从a点变到c点，或者其它点。解决办法：螺纹刀具加工同一螺纹时应保证主轴转速不变，加工起点不变，加工程序中导程指令f参数不变，主轴编码器在主轴每转一圈时在同一位置产生一个脉冲（sp），不能有其它干扰信号。3、加工过程螺距发生不规则

6、变化，在加工程序导程指令f参数不变的情况下，此情况多发生在主轴编码器的pa或者pb信号不正常，主轴每转一圈不能正确发出两路相差90，1024个脉冲所致。检查方法，在mdi模式下，用空转运行模式（按下机床锁住按钮）手动输入螺纹加工指令，如g92 u-50.00 w-100.00 f3.00,选择mdi运行，此时横向坐标值快移-50.00后，纵向坐标值无移动，用手在同一方向旋转主轴，当主轴转到某一位置时纵向坐标值开始移动，记住主轴此时位置，当主轴从此位置转动一圈，纵向坐标数值均变化3.00，当此程序段执行完后，再运行一次该程序段，如果仍在主轴同一点上，纵向坐标值开始变化，则说明主轴编码器运行正常.

7、 否则说明主轴编码器运行不正常，如果不在主轴的同一点上开始，即z轴方向坐标值显示有变化，则说明sp信号有问题；纵坐标数值移动显示不为-100.00，则说明pa、pb信号有问题，应排除轴编码器有故障。这里需要说明，当人工旋转主轴，转速较慢，并不能完全排除主轴在高速运转时主轴编码器存在故障。对于主轴编码器高速运转时存在故障,可以用示波器之类仪器对主轴编码器pa、pb、sp进行检测。三、螺距不正确工艺分析：螺纹全长或局部螺距不正确，螺纹全长上螺距不均匀。1、编程时指令错误。必须根据数控系统指令编写格式正确编写加工程序。比如fanuk系统中用g92指令编程导程指令f后面数字应加小数点；多线螺纹加工时应

8、按导程进行编程。这里需要说明一点，螺纹加工过程中，进给倍率开关是不起作用的。2、螺纹起始段局部螺距有变化（1）数控机床加工螺纹时有一个升速段，在这个过程中，刀具从零开始加速，当达到主轴每转一圈刀具移动一个导程值走刀速度时，然后保持匀速进给。如果车刀在自动升速未结束时就进入螺纹加工，此时螺纹起始端螺距就会产生误差。解决这一问题的办法是：编程时把螺纹加工起点设置离螺纹端面远一点，一般大于2倍螺距p。（2）修改自动升速参数。如果不允许调整螺纹加工升速段距离，比如工件后端有尾架顶针支撑，进刀时刀具与顶针发生干涉，此时可以修改系统内设参数，将参数调小，缩短自动升降时间。3、螺纹结束时螺距有变化螺纹结束段

9、螺距错误，主要原因是螺纹加工结束时有一个降速过程所造成的，编程时可以把降速段设置在螺纹有效长度之外，或者增加退刀槽，槽宽一般为2-3倍螺距p。四、螺纹表面粗糙工艺分析：原因是车刀刃口磨得不光洁，切削液不适当，切削速度和工件材料不适合以及切削过程产生振动等造成的。1、如果采用的是机夹车刀，应检查螺纹刀片的两切削刃是否磨损，刀尖是否完好，有问题，及时更换刀片就可以了。2、如果采用的是磨制刀具，检查刀刃和刀尖是否磨损，有问题，拆下刀具，用砂轮或油石精研刀具后，重新装上使用。3、如果切削材料硬度高，切削时产生挠度变形，引发振动，应该减小加工程序中每次循环的吃刀深度。五、螺纹车刀磨损过快，使用寿命短。螺

10、纹车刀在使用过程中往往达不到预期效果，特别是加工大螺距螺纹或者梯形螺纹时。短时间内刀具就磨损了，甚至刀尖崩裂，严重影响加工。工艺分析：螺纹加工常用方法有直进法、斜进法、左右借刀法。1、直进法，螺纹车刀x轴方向间歇进给至牙深处。采用这种方法加工大螺距螺纹时，螺纹车刀的三面都参与切削，导致加工排屑困难，切削力和切削热增加，刀尖磨损严重，当进给量过大或工件强度不大产生挠度变形时，还可能产生“扎刀”和“爆刀”现象，这种方法只适合小螺距螺纹加工，对于大螺距螺纹这种方法是不可取的。2、斜进法，螺纹车刀沿牙型角方向斜向间歇进给至牙深处。采用此方法加工大螺距螺纹时，螺纹车刀始终只有一个侧刃参加切削，从而使排屑

11、比较顺利，刀尖受热和受力情况有所改善，在切削中不易引起“扎刀”现象。该方法在数控车床上可以通过改变螺纹加工起点x和z轴坐标值来实现。但在加工梯形螺纹时，如果车刀刀尖宽度小于牙底宽度时就很难保证牙底平整性了。3、左右借刀法，螺纹车刀沿牙型角方向交错间隙进给至牙深。左右借刀法可以利用两侧刃轮换切削，每次车刀只有一个面切削，减小了刀尖阻力，切削热也大大减少，可相对延长刀具使用寿命，确保加工稳定性，但操作相对复杂。此方法适合大螺距梯形螺纹粗、精车。加工实例：在广数gsk928te数控车床上完成如图2所示螺纹加工。（该方法已在gsk928te机床上得到论证）图2工艺分析：tr366螺纹螺距大，采用直进法

12、编程加工很难执行，容易“爆力”，如果改为左右借刀法加工就容易加工了。1、梯形螺纹各部分名称、代码及计算公式名称代号计算公式牙顶间隙ap1-67-1214-44a0.250.50.75大径d dd=公称直径 d=d+2a中d2 d 2d 2=d2=d-0.5 p小d1 d1 d3=d-2 h3 d1=d-p 牙高h3 h4h4=h3=0.5p+a牙顶宽f ff=0.366p牙槽底宽w ww= w=0.366p-0.536a2、计算梯形螺纹尺寸并查表确定其公差 大径d=36 0 -0.375 中径d2=d-0.5p=33-0.116 -0.425牙高h3=0.5p+a=3.5小径d3=d-2 h3

13、=29 0 -0.649牙顶宽f=0.366p=2.196牙底宽w=0.366p-0.536a=2.196-0.268=1.9283、根据数控编程手册计算x轴方向切削用量（直径值）螺纹刀具横向（x）修正量x= h3*(-)/2粗车第一刀切深 xmax=1.75mm 实际切深 x1取1.75mm粗车第二刀切深 xmax=1.45mm 实际切深 x2取1.45mm粗车第三刀切深 xmax=1.11mm 实际切深 x5取1.0mm粗车第四刀切深 xmax=0.93mm 实际切深 x3取0.9mm粗车第五刀切深 xmax=0.82mm 实际切深 x4取0.8mm粗车第六刀切深 xmax=0.77mm

14、实际切深 x5取0.6mm粗车第七刀切深 xmax=0.69mm 实际切深 x5取0.4mm粗车第八刀切深 xmax=0.64mm 实际切深 x5取0.1mm4、根据吃刀深度确定左右借刀量。选择梯形螺纹车刀实际刀尖宽度e=1.5mm。图3由图形3可知，在每次切深处左右借刀量：zmax=p-f-xi-e/2 当zmax取正值时表示刀尖切槽中心向右偏移zmaxmm，当zmax取负值时表示刀尖切槽中心向左偏移zmaxmm，注意：编写加工程序时，实际偏移值应小于或等于zmax。故有，当 x1=1.75mm zmax=0.91mmx2=x1+x2=3.2mm zmax=0.72mmx3=x1+x2+x3

15、=4.2mm zmax=0.58mmx4=5.1mm zmax=0.46mmx5=5.9mm zmax=0.36mmx6=6.5mm zmax=0.28mmx7=6.9mm zmax=0.28mmx8=7.0mm zmax=0.214mm5、螺纹加工程序如下：%2010n1 t11 （在1号刀位安装刀尖e宽度为1.5mm螺纹车刀）n2 m3 s1 m8 (驱动主轴转动)n3 g0 x45 z12 （指定循环起点坐标值）n4 g92 x34.25 z-45 p6 （第一次循环，切深直径值1.75mm,长度45mm）n5 g0 x40 z12.5 （将循环起点向z轴正方向偏移0.5mm）n6 g9

16、2 x34.25 z-45 p6 （向右借刀后车削一次）n7 g0 x40 z12.8 （将循环起点向z轴正方向偏移0.8mm）n8 g92 x34.25 z-45 p6 （向右借刀后车削一次）n9 g0 x40 z11.5 （将循环起点向z轴负方向偏移0.5mm）n10 g92 x34.25 z-45 p6 （向左借刀后车削一次）n11 g0 x40 z11.2 （将循环起点向z轴负方向偏移0.8mm）n12 g92 x34.25 z-45 p6 （向左借刀后车削一次）n13 g0 x40 z12 （循环起点回到切槽中心）n14 g92 x32.8 z-45 p6 （第二次循环，切深1.45

17、mm）n15 g0 x40 z12.3 （将循环起点向z轴正方向偏移0.3mm）n16 g92 x32.8 z-45 p6 (向右借刀后车削一次)n17 g0 x40 z12.6 (将循环起点向z轴正方向偏移0.6mm)n18 g92 x32.8 z-45 p6 (向右借刀后车削一次)n19 g0 x40 z11.7 (将循环起点向z轴负方向偏移0.3mm)n20 g92 x32.8 z-45 p6 (向左借刀后车削一次)n21 g0 x40 z11.40 (将循环起点向z轴负方向偏移0.6mm)n22 g92 x32.8 z-45 p6 (向左借刀后车削一次)n23 g0 x40 z12 (

18、循环起点回到切槽中心)n24 g92 x31.8 z-45 p6 (第三次循环，切深1.0 mm)n25 g0 x40 z12.4 （将循环起点向z轴正方向偏移0.4mm）n26 g92 x31.8 z-45 p6 （向右借刀后车削一次）n27 g0 x40 z11.6 （将循环起点向z轴负方向偏移0.4mm）n28 g92 x31.8 z-45 p6 (向左借刀后车削一次)n29 g0 x40 z12 (循环起点回到切槽中心)n30 g92 x30.9 z-45 p6 （第四次循环，切深0.9mm）n31 g0 x40 z12.35 （将循环起点向z轴正方向偏移0.35mm）n32 g92

19、x30.9 z-45 p6 （向右借刀后车削一次）n33 g0 x40 z11.65 （将循环起点向z轴负方向偏移0.35mm）n34 g92 x30.9 z-45 p6 (向左借刀后车削一次）n35 g0 x40 z12 (循环起点回到切槽中心)n36 g92 x30.1 z-45 p6 (第五次循环，切深0.8mm)n37 g0 x40 z12.3 （将循环起点向z轴正方向偏移0.3mm）n38 g92 x30.1 z-45 p6 （向右借刀后车削一次）n39 g0 x40 z11.7 （将循环起点向z轴负方向偏移0.3mm）n40 g92 x30.1 z-45 p6 （向左借刀后车削一次）n41 g0 x40 z12 (循环起点回到切槽中心)n42 g92 x29.5 z-45 p6 (第六次循环，切深0.6mm)n43 g0 x40 z12.2 （将循环起点向z轴正方向偏移0.2mm）n44 g92 x29.5 z-45 p6 （向右借刀后车削一次）n45 g0 x40 z11.8 （将循环起点向z轴负方向偏移0.2mm）n46 g92 x29.5 z