机械螺纹类零件的数控机床加工技术

陈黄杰

（中铁建电气化局集团轨道交通器材有限公司，常州 213000）

螺纹类零件在机械设备中具有不可或缺的作用。由于其加工要求较高，为确保此类零件能够正常使用，必须保证其精度和质量。传统的车床虽然能够满足机械螺纹类零件的加工需要，但速度较慢且精度不高。应用数控机床加工技术进行螺纹类零件生产，除了能够提高效率之外，还能保障零件的加工精度。

1 机械螺纹类零件的加工原理及数控机床加工工艺

1.1 螺纹类零件的含义和加工过程

机械设备是现代工业生产中不可或缺的组成部分。在这些机械设备的连接和传动方面，螺纹类零件对其运转过程起着不可替代的作用。螺纹是零件表面一种比较特殊的纹理。机械零件中的螺纹是在圆锥或圆柱体的表面形成的凸起，具有规律性和连续性特征。在现代工业快速发展的推动下，机械螺纹类零件的类型逐步增多，本身结构也呈现出复杂化的趋势，如内/外螺纹、单线/多线螺纹、定距/变距螺纹等。螺纹类零件的工艺技术是加工重点，先建立坐标系，并测量待加工的螺纹类零件尺寸，然后定义点线面的具体位置，并以编程原点为依据，运用局部分散标注的方法完成零件加工。加工过程中要确保加工精度，降低加工误差，以使零件达到质量要求[1]。

1.2 数控机床加工工艺

螺纹类零件的数控加工工艺种类较多，如切削、铣削、磨削、攻丝、套丝和滚压等。经以上工艺处理后，可以使加工的螺纹类零件达到精度要求。其中：铣削是利用梳形或盘形铣刀加工；磨削需要通过磨床完成螺纹类零件的加工，主要的加工对象为淬火后硬度较高的工件，加工目标为高精度加工；攻丝是以旋转的丝锥加工出工件的内螺纹；套丝是借助数控机床的板牙切出工件的外螺纹；滚压是利用成型模具完成工件塑性变形的过程。另外，使用数控车床车削螺纹时，要利用成形的刀具，如梳刀、车刀等，其中前者适用于批量加工，后者常被用于单件加工。

2 数控机床加工技术在机械螺纹类零件加工中的具体应用

2.1 加工方案

在简单描述数控机床加工机械螺纹类零件的工艺后，下面重点分析数控机床在螺纹类零件加工中具体应用。本次研究以芯轴类零件为对象，其实体如图1所示。

图1 机械螺纹类零件示意图

该零件以小批量生产为主，数控机床加工技术的应用思路如下：首先，依据工件特点设定正确的坐标系；其次，按照加工要求，编制合理可行的加工工艺方案，并据此合理选择刀具及切削工艺参数；最后，编制数控加工程序，完成零件加工。本次加工的零件螺纹部位在顶部，为普通三角形细牙右旋螺纹。利用数控车床加工时，可以通过G32或G92等指令进行编程加工。与普通车床相比，使用数控机床加工螺纹类零件精度更高，速度更快，能够满足生产需要。

2.2 数控加工编程指令

2.2.1 编程指令G32

该指令为等螺距螺纹切削指令，具体格式为G32 X(U)_Z(W)_F(I)_。在该指令中，X和Z代表螺纹终点的绝对坐标值；U和W代表螺纹终点相对于起点的增量坐标值；I代表车削英制螺纹时每英寸的牙数；F代表长轴方向的导程。当X和U省略时，数控机床进行圆柱螺纹切削；当Z和W省略时，数控机床则会进行端面螺纹切削。通过G32指令能够使数控机床完成直螺纹切削、锥螺纹切削、端面螺纹切削以及连续且多段螺纹切削等操作[2]。

2.2.2 编程指令G92

该指令为螺纹切削循环指令，具体的指令格式为G92 X(U)_Z(W)_R_F(I)_。在该指令中，X、Z、U、W、F和I代表的内容与G32完全相同；R代表切削螺纹起点和终点之间的半径差。数控机床切削圆柱螺纹时，即当R为0时，可以省略。数控机床切削锥螺纹时，若R为圆锥螺纹起点与终点之间的半径差，则R的正负主要取决于螺纹切削起点与终点的坐标。若起点的坐标值比终点坐标值小，则R取负值；反之，则取正值[3]。

2.3 确定进刀方式和切削深度

2.3.1 进刀方式

受伺服系统本身滞后特点的影响，数控机床在螺纹切削的开始和结束部分，导程会发生一定程度的变化，从而容易导致加工精度下降。为避免此类问题的发生，应用数控机床切削螺纹时，要合理设置升降速进刀段的参数。通过数控车床切削加工螺纹时，常用的进刀方式有直进法和斜进法两种，具体可以按照实际的加工需要合理选择。需要注意，无论选择何种进刀方式，都必须确保螺纹切削加工的精度。

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2.3.2 切削深度

在数控车床加工过程中，为确保车削时螺纹牙顶有0.125P的宽度，车削前大径的尺寸要小于公称直径[4]。

公称直径和螺纹总切削深度的计算方式为：

式中：d为公称直径；t为螺纹总切削深度；P为螺纹的螺距。

2.4 加工技术要点

2.4.1 加工准备

本次螺纹切削加工的设备选用国产某系列数控车床，并利用三爪自定心卡盘对零件进行装夹。待加工螺纹类零件的毛坯选用规格为32 mm×65 mm的棒料，材质为45#优质碳素结构钢。切削刀具选用的是90°外圆车刀、4.0 mm切槽刀以及60°的外螺纹刀。测量工具包括量程为0～300 mm的钢直尺、测量精度为0.02 mm且量程为0～150 mm的游标卡尺、螺纹环规以及粗糙度样板等。

2.4.2 加工工艺流程

2.4.3 加工注意事项

采用数控机床加工机械螺纹类零件前，要以设计图纸为主要依据编写相应的程序。此项工作可借助主轴编码器完成，然后根据编写好的程序对螺纹类零件进行数控加工。处理数据时，可根据系统检测确定主轴的各个信号，并按选好的运行方式加工，使零件达到相关标准的要求。具体加工时应注意如下事项：第一，要围绕主轴旋转参数，以刀架带动螺纹刀做“Z”形移动，获得与图纸尺寸要求相符的螺纹；第二，加工螺纹的过程中，需要反复、多次切削，同时为防止发生精度问题，要保证每一次的切削深度和位置均与标准要求相符；第三，切削加工螺纹类零件时，可采用精确分度的方式，以此来达到提升零件加工精度的目的。操作过程中，应按照数控机床的加工标准，设定光电编码器，使机床的驱动精度达到规定要求，从而保证加工精度。螺纹类零件设计、编程后，要及时将相关参数输入到数控系统中。输入时，要检查参数，确保其正确无误，以免因参数错误导致零件的加工误差增大而影响产品质量。在数控机床加工过程中，要分析加工工艺，并以此为基础，选取最为适宜的加工步骤，同时严格按设计要求确定走刀路线。

数控机床加工机械类螺纹零件是一个较为复杂的过程，出现任何问题都可能导致零件的加工精度和质量下降，所以操作人员应特别注意相关事项，在确保零件精度的前提下，提高加工效率。当零件加工出现错误时，要及时进行调整，以减少零件的报废率，避免资源浪费。另外，在螺纹类零件数控加工环节中，要严格挑选具体的加工内容，并根据加工需要和质量标准提前设计好方案，然后绘制图纸，将走刀的正确方向标注在图纸中。这种方法除了能够优化螺纹类零件的数控加工流程外，还能大幅缩短加工所用的时间。由于数控系统本身存在一定的局限性，在对螺纹类零件进行加工时，要充分考虑各方面的影响因素，最大限度减少误差，使加工的螺纹类零件的精度符合质量标准要求。一旦精度出现偏差，必须及时调整。

2.5 质控措施

2.5.1 确保工件及刀具的安装质量

在使用数控机床加工机械螺纹类零件的过程中，为确保加工质量，要采取有效的控制措施。首先，待加工的工件应当装夹在自定心卡盘上，并保证装夹牢固。其次，在安装车刀的过程中，要避免刀具伸出过长。最后，刀尖的高度应当与机床主轴的中心保持等高，螺纹刀的中心线必须与待加工工件的中心线保持垂直，才能使牙型角对称，从而确保车削精度。

2.5.2 确保对刀精度合理

为确保螺纹刀的对刀精度，可在对刀过程中运用角度样板，使刀位点与主轴轴线等高，并使刀尖角的角平分线与主轴的轴线垂直[6]。

2.5.3 控制加工精度

首先，加工首件工件时，要采用单段运行模式，并借助数控机床控制面板上的相应按键修正加工参数。检测首件确认质量合格后，以该参数为准开始自动加工。其次，在工件加工时，要保证所有的尺寸精度在允许范围内。若发现误差，要及时通过刀补修正的方法处理。最后，用游标卡尺测量工件各部分的尺寸，并用螺纹环规检测螺纹部分，确认零件质量是否达标。若发现质量问题，则应及时查明原因，并采取相应的措施处理。

3 结语

综上所述，机械螺纹类零件的数控加工是确保零件加工精度的重要手段。具体加工过程中要制定合理的方案，明确编程指令，确定加工方式和切削深度，了解并掌握加工技术要点，采取有效的措施控制加工质量，从而保证零件的加工精度。