如何在数控车床上加工双头梯形螺纹？

如何在数控车床上加工双头梯形螺纹？

双头梯形螺纹在各类机械产品中应用广泛，特别是在制造业中。本文详细介绍了如何在数控车床上加工双头梯形螺纹，包括其特点、加工难点、方法选择、尺寸计算、刀具选择、程序设计及控制要点等。通过对比不同加工指令，最终采用G78螺纹循环切削指令的左右进给方式进行数控车削，这种方法计算简单，不易产生“吃刀”现象，能够有效提高生产效率和产品质量。

对于数控车床加工双线梯形螺纹的研究其目的是解决加工问题以及改进加工方法，结合现有的数控加工设备，优化加工程序和工艺，利用数控车床和加工工序加工出双线梯形螺纹零件，既能满足尺寸精度的要求，又能优化加工的工时定额。用普通车床设备加工，劳动强度大，生产率低，对熟练工人的技术要求高，数控车床很难保证较高的加工精度和质量。
数控车床加工可以提高生产率，减轻工人的劳动强度，保证加工质量和技术要求。另外，在数控车床加工双螺纹梯形螺纹时，对工人的技术要求不是很高。

双头梯形螺纹的特点

螺纹的种类很多，按螺旋线形成形状可分为圆柱螺纹和圆锥螺纹，按不同用途可分为连接螺纹和传动螺纹，按牙型特点可分为三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹等，按螺旋线旋向可分为右旋螺纹和左旋螺纹，按螺旋线数可分为单螺旋螺纹和多螺旋螺纹。

在各类机械产品中，带有螺纹的零件应用十分广泛，特别是传动螺纹，在制造业中应用十分广泛。

其中之一就是起传动的作用，例如普通车床上的长线材与中、小滑板的线材，两线材之间也是通过梯形螺纹的传动，实现工作台和刀架的运动。

其次起到连接钢结构的作用，在钢框架结构中，梯形螺纹用于连接钢柱、钢梁，实现稳定的结构支撑。

同时，在一些大型机械设备的安装过程中，也采用梯形螺纹来固定设备与底座的连接。

第三，起着传递动力的作用。例如将原来的旋转运动改变为直线运动形式，通过丝杠副传动，由人力带动，在铁路车辆的检修、建筑工程的支撑以及一般重物的吊运中，用丝杠、螺母套作顶升部件。

普通车床加工难点

普通车床加工双线梯形螺纹的技术难点在车床加工梯形螺纹时，存在一定的技术难度，不能很好的保证螺纹的表面粗糙度，工人的劳动强度、技术技能要求也很高，需要操作人员有很高的技术技能水平。

利用数控车床加工双线梯形螺纹，一般技术人员在保证较高加工精度的情况下，就能掌握和学会加工双线梯形螺纹的方法。双线梯形螺纹零件如图1所示。普通车床加工有五大难点：

图1

（1）在加工双螺纹梯形螺纹的过程中，会出现刀具磨损，需要进行刀具更换，换刀过程中，刀具需要重新校准定位，定位不准确会导致螺纹出现乱牙现象。

（2）普通车床车削双头梯形螺纹是通过丝杠传动来实现的，刀架到卡盘的运动过程中存在着传动链误差的影响，加工过程中很难保证双头梯形螺纹的导程和螺距的高精度。

（3）用普通车床加工双螺纹梯形螺纹，在此过程中，在车成第一条螺纹后，需要通过车床上的刀架移动一个螺距；移动的距离需要利用百分表或车床上刀架的小刻度盘，使车刀尖端沿轴线方向准确地移动一个螺距的距离，整个过程，分为两条螺纹进行加工。

（4）有些老车床由于使用时间长，车床运转误差及齿轮的磨损使得齿轮的啮合相位发生偏移，在加工过程中需不断调整齿轮的啮合相位，以保证更好的加工质量。

（5）在加工过程中，车削双头梯形螺纹的拔模斜度是由操作者自己调整的，这个过程中会产生加工误差，给加工质量带来难以保证的困难。

数控车床加工双线梯形螺纹的方法

数控车床加工双线梯形螺纹是一项相对复杂但又重要的工序，关键在于加工方法的合理选择。

车削梯形螺纹的方法很多，一般有单刀完成和多刀完成两种。双刀梯形螺纹加工方法如图2所示。

图2

1.分析G32直法

格式：X(U)_Z(W)___R__F.

G32 采用直切方式切削，适用于锥螺纹，该螺纹加工指令适用于加工直螺纹、锥螺纹、端部螺纹，程序复杂，一般不选用。

2. G92直进法分析

格式：X(U)Z(宽)__R__F.

正向切削法中，螺纹车刀X方向间歇进给，直至达到车牙深度。用此方法加工梯形螺纹，螺纹车刀三个表面都要参与切削，这导致排屑困难，使刀具磨损较快，刀具吃刀量过大，容易出现“吃刀”现象，这种方法不可取。

3.分析G76斜法

格式：G76 P(m)(a)Q(d 最小)__R(d).

g76 x(u)z(w)__p(k)__q(d)__f(l).

倾斜进给法是螺纹车刀沿牙型方向间歇地进给至牙深。用此方法切削螺纹，螺纹车刀始终只有一个侧切削刃参与切削，排屑比较顺利，不易发生“粘刀”现象。

4.分析G78左右进给方式

格式：G78 P(m)(a)__Q(dmin)__R(d)__D1;
G78X（上）ZW)__P(k)__Q(d)__F(l).

与G32指令和G92指令相比，二者的缺点都是在加工过程中切屑难以排出，导致刀具磨损较快，甚至容易出现“刺刀”现象。

前两个与G76指令相比较，前两个不具备G76的优点，G76指令编程简单，让学者们可以轻松学会编程，同时还能很好的保证加工的质量和要求。

G76指令与G78指令的程序格式类似，其指令格式比较简单，计算不繁琐，方便快捷，适合在螺纹加工中手工编程。

双线梯形螺纹加工工艺分析及工艺流程

本文介绍采用弗兰克数控系统FANUC-oiMF型数控车床，加工如图3所示的梯形螺纹Tr48×12（6）-7e，并进行工艺分析和加工性能分析。

如图1所示，双线梯形螺纹长度为65mm，倒角为30°，螺纹表面粗糙度为Ra1.6，要求机械运动关系满足传动的需要，螺纹机构能灵活转动，因此整体应有一定的刚度要求，因此双线梯形螺纹零件选用45号钢。

图3 双线梯形螺纹

1. 双螺纹梯形螺纹尺寸计算

梯形螺纹加工中最重要的是尺寸计算，只有正确掌握梯形螺纹的大径、中径、径之间的关系并正确计算它们各自的尺寸，才能制作出合格的双螺纹梯形螺纹。通过对图1中各零件的分析可知，双螺纹梯形螺纹Tr48×12(6)-7e，螺纹公称直径D=48mm，螺纹导程L=12mm，螺纹螺距P=6mm，螺纹头数n=2，经查阅书籍得知外梯形螺纹计算公式如下，螺纹螺距P=6mm，螺纹头数n=2经查阅书籍得知外梯形螺纹计算公式如下：

梯形螺纹直径：D=公称直径（1）

根据公式（1）可知图1中梯形螺纹大径为48mm，根据公差代号查机械手册中公差代号表可知该尺寸上偏差为0mm，下偏差为-0.375mm。

梯形螺纹高度：h=0.5×P+AC（2）

根据公式（2）并查阅书籍，取AC=0.5mm，计算出图1双线梯形螺纹高度为：h=0.5×6+0.5=3.5mm。

梯形螺纹直径：d1=直径-2×高度（3）

根据公式（1）计算图3梯形螺纹的直径：d1=48-2×3.5=48-7=41 mm。

根据公差代号查阅机械手册代号公差表，知道上偏差0mm，下偏差-0.375mm的尺寸。

梯形螺纹中心径：d2=D-0.5P（4）

根据公式（4）计算图1中梯形螺纹中心径为：d2=48-0.5×6=48-3=45mm。

根据公差代号查阅机械手册代号公差表，得知上偏差-0.118mm，下偏差-0.425mm的尺寸。

梯形螺纹底宽：W=0.366P-0.536×AC（5）

根据公式（5）计算图1，双线梯形螺纹底宽：W=0.366×6-0.536×0.5=1.928mm。

梯形螺纹牙顶宽：F=0.634P（6）

根据公式（1）计算图6中梯形螺纹顶部的宽度：F=0.634×6=3.804 mm。

2.加工双头梯形螺纹的刀具选择

梯形螺纹加工中刀具的选择至关重要，选择合适的刀具可以大大提高双头梯形螺纹的生产效率和加工质量。本文以45号钢的加工为例，在45号钢的梯形螺纹加工中，使用较多的是YT5淬硬白钢刀和涂层硬质合金刀。选用YT5淬硬白钢刀时，由于手工刃磨角度误差和加工45号钢硬度过高而导致刀刃跳动，影响加工精度和质量。选用涂层硬质合金刀具，才能更好地掌握双头梯形螺纹加工的精度、质量和表面粗糙度。

双线梯形螺纹程序设计及方法

双头梯形螺纹的编程方法多种多样，可以自动编程，也可以手动编程，常见于螺纹固定循环指令G32、G92，螺纹复合循环指令G76、G78等加工指令中。

二线梯形螺纹程序设计如下：

下面是G78与G76螺纹切削复合循环指令的程序对比。编程起点设在工件原点（X轴在零件轴线上，Z轴在零件右端面），采用FANUC-oiMF数控车床系统加工双螺纹梯形螺纹零件（双螺纹梯形螺纹零件如图1所示）。G76指令加工双螺纹梯形螺纹的程序内容及程序说明如表1所示，G78指令加工双螺纹的程序内容及程序说明如表2所示。G76指令加工双螺纹的程序及程序说明如表1所示，G78指令加工双螺纹的程序内容及程序说明如表2所示。

表1 加工双线梯形螺纹G76指令的程序内容及程序说明

可以看出，G76与G78指令在程序格式上比较类似，它们的指令格式比较简单，计算不繁琐，方便快捷，适合螺纹加工手工编程，也是螺纹加工领域最常用的两种指令，G76螺纹循环指令多用于加工普通螺纹，G78螺纹循环指令多用于加工梯形螺纹。G78指令在G76指令下优化了进给方式，G78指令在G76指令下优化了进给方式，可以说G78是螺纹加工指令的加强版。

表2：双螺纹梯形螺纹加工G78指令的程序内容及程序说明

双线梯形螺纹加工的控制要点

（1）在运行螺纹循环程序之前，必须确保零件和刀具在数控车床上已经夹紧并稳定，并确保工件或刀具在加工过程中不会松动或掉落，因为在螺纹加工结束之前不允许第二次装夹，否则会产生螺纹乱牙。

（2）加工前要保证车床主轴转速正常，加工过程中不得改变数控车床主轴转速，不能随意调整数控车床倍率器的主轴转速。否则会产生乱牙和螺纹纹。

（3）由于图1的梯形螺纹，各尺寸精度要求较高，所以应正确选用公制千分尺进行测量，以保证双线梯形螺纹各尺寸的精度。

（4）G78是数控车床加工双螺纹梯形螺纹最常用的螺纹循环指令。G76与G78的区别在于G76是单侧进给方式，同时G78是左右进给方式，所以G78更适合于丝杠、蜗杆等多头螺纹及梯形螺纹的加工，所以在梯形螺纹的数控加工领域中G78使用得比较多。因此在数控梯形螺纹加工中G78指令使用较多。

（5）在数控加工中，数控车床加工双头梯形螺纹比普通车床加工有优势，普通车床加工精度不易保证，产生的误差因素较多。数控车床加工不仅减轻了工人的疲劳强度，而且大大减少了误差，提高了双头梯形螺纹的产品质量和生产效率。

结语

综上所述，本文对双螺纹梯形螺纹的加工方法进行了分析，对几种指令的加工进行了比较，对固定循环指令和复合循环加工指令进行了比较，最终采用G78螺纹循环切削指令的左右进给方式进行数控车削。与其他指令相比，此方法计算简单，不易产生“刀”的现象。结合实际，经过实用检验，此加工方法可以提高生产效率，满足零件的质量要求。