在数控车变速加工大导程梯形螺纹防止乱扣的方法

罗金龙

摘要：在数控车床加工螺纹时，大部分数控系统如果改变转速都会造成螺纹乱扣。本文针对变速车削螺纹产生乱扣的原因进行了详细的分析，在实践中寻找到一种因速度变化造成大导程螺纹产生误差的检测方法，从而弥补了数控机床因转速变化造成螺纹乱扣的数控系统设计问题。

关键词：数控车大导程螺纹；转速改变乱扣；精确测试变化规律；编程补偿变化值

大导程梯形螺纹一般都是多头螺纹，车削时需要分粗精加工进行。精加工需要选择低切削速度，粗加工需要选择高切削速度，这样数控车加工时会造成螺纹的乱扣。为了解决螺纹的乱扣问题本文进行了深入的分析与探索。

1.数控车加工螺纹产生乱扣的原因分析与解决方法的探索

1.1 数控车变速车螺纹对刀具加工运动轨迹产生变化的影响

数控车加工螺纹需要保证螺纹的进给与主轴旋转同步，其控制主要依靠机床的主轴编码器、运算器、伺服电机、滚珠丝杠四个部件来实现。

在加工螺纹时只改变了主轴的转速，其他条件未发生改变就使螺纹产生了乱扣。因此可以确定主轴转数的变化是导致螺纹刀具的运动轨迹产生变化的根本原因。主轴转速变化造成刀具运动轨迹发生变化的规律我们可以用图1所示的示意图进行直观的分析。S1是转速为100转/分时螺纹刀具的运动轨迹示意图，S2是转为120转/分时螺纹刀具的运动轨迹示意图，产生两种运动轨迹的原因是由于螺纹在起点位置时在圆周的起始角度不同所致，从而产生如图1所示的轴向螺距误差L1。

1.2 数控车Z向起刀点位置变化对螺纹刀具加工运动轨迹的影响

在编制数控螺纹加工程序时，螺纹的Z向起刀点位置相当重要。螺纹在加工中途停机修改螺纹的Z向起刀点位置，继续加工螺纹，会发生两种情况。一种情况不会发生乱扣，其條件是修改后Z向起刀点位置与修改前Z向起刀点位置之差为螺纹导程的整数倍，即螺纹刀具在加工过程中的运动轨迹处在同一螺旋槽内。另一种情况会产生乱扣，其条件是修改后Z向起刀点位置与修改前Z向起刀点位置之差不为螺纹导程的整数倍，即螺纹刀具在加工过程中的运动轨迹不处在同一螺旋槽内。

1.3 利用螺纹加工编程原理可以弥补数控车转速变化产生的刀具轨迹变化。

根据螺纹加工编程原理，可以通过改变螺纹加工起刀点位置的方法进行调整刀具的运动轨迹，使其同时处于同一螺旋线内，从而解决螺纹的乱扣问题，但必须测定L1的具体数值。

2.测定螺纹速度变化导致刀具运动轨迹产生变化误差变化规律

2.1 如何测定两种速度车削螺纹产生的变化规律

使用两种转速加工梯形螺纹，选择S1车削出一条螺旋槽，测量出螺纹的轴向牙形宽度A1；选择S2车削出一条螺旋槽，测量出螺纹的轴向牙形宽度A2。A2与A1 的差值即为螺纹的误差值L1。

此方法从理论上可行，在实际操作过程中出现了两个问题：①轴向牙形宽度无法在测量时找到具体的位置，无法测量。②梯形螺纹的牙形面为斜面，无法用量具进行精确测量。

为了解决这2个问题，采取变通的方法进行：轴向牙形宽度无法找到具体的位置，可以先找到法向牙形宽度，然后通过公式进行转换即可；梯形螺纹的牙形面为斜面，无法测量。但由于我们目的是找到两种切削速度加工螺纹时的导程轨迹误差，与是什么样的螺纹无关，因此在进行测试时完全可以车削矩形螺纹来进行测量，矩形螺纹的牙形面为直面，使用公法线千分尺能够进行精确测量。

2.2 测试操作方法如下：

①将矩形螺纹刀具安装在刀架上，选择与梯形螺纹外径相同的试切件，然后选择使用精加工切削速度S1，编制一段与梯形螺纹导程相同的螺纹加工程序（其切削深度有1～2mm即可），车削出一段矩形螺纹，用公法线千分尺测出矩形螺纹的法向牙形宽度，记录下此时的尺寸A1，根据车削螺纹的直径与导程，计算出螺纹的导程角α。

②选择粗加工切削速度S2，用同样的程序车削同样的矩形螺纹（观察刀具是左刃还是右刃吃刀，以确定刀具起刀点的位置的移动方向），检测出矩形螺纹的法向牙形宽度尺寸A2。

3.编制加工程序，进行螺纹切削加工

由于精确掌握了两种速度加工梯形螺纹产生螺纹刀具运动轨迹变化的具体数值，在编制螺纹加工程序时，只要将粗加工螺纹的Z向起刀点设为Z【8+（A1-A2）×tgα】，精加工螺纹的Z向起刀点设为Z8.0，螺纹加工程序分粗、精加工进行分段编制，最后编制螺纹倒角程序。当程序编制结束，刀具对好刀后，就可直接进行梯形螺纹的加工。

4.结束语

采用变速车梯形螺纹不乱扣，提高了数控车床的加工精确度。精车采取低速度，保证了梯形螺纹的加工精度，粗车选择高速度，提高了生产效率。

参考文献：

[1]赵长明，刘万菊.数控加工工艺及设备[M].北京：高等教育出版社，2008.