数控车床螺纹加工技术分析

林新 韦德周

[摘    要]在现代机械制造技术当中，数控技术的深度应用已成为提升螺纹加工质量的重要措施。不同数控系统中所提供的螺纹加工指令，在程序编写、加工效率以及加工精度均有不同的特点。针对不同的加工要求选择数控车床系统，对数控车床螺纹加工故障进行诊断与分析，妥善解决数控车床螺纹加工中存在的问题。对数控车床螺纹加工技术的相关内容进行研究分析，以全面提升螺纹加工质量，促进数控车床螺纹加工工作的开展。

[关键词]数控车床;螺纹加工;加工技术

[中图分类号]TG519.1 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2022）05–00–03

Analysis on Thread Machining Technology of NC Lathe

Lin Xin，Wei De-zhou

[Abstract]In modern mechanical manufacturing technology， the deep application of NC technology has become an important measure to improve the quality of thread machining. The thread machining instructions provided by different NC systems have different characteristics in programming， machining efficiency and machining accuracy. According to different machining requirements， select the NC lathe system to diagnose and analyze the thread machining faults of NC lathe， and properly solve the problems existing in the thread machining of NC lathe. This paper studies and analyzes the related contents of thread processing technology of NC lathe， comprehensively improves the thread processing quality， and provides reference for the development of thread processing of NC lathe.

[Keywords]CNC lathe; thread machining; process technology

1 数控车床螺纹加工工艺

1.1 螺纹铣削加工技术

在数控车床的加工过程当中，可选择用螺纹铁销刀具对螺纹进行直接加工，有较为良好的經济效益，是现阶段常用的加工方法，也是在数控车床中经常用到的加工工艺。在大孔螺纹加工作业以及复杂的螺纹加工作业中，其应用范围非常广泛，它的加工工艺优势也特别明显。在通过数控车床加工时选择用螺纹铁销法可获得相对较高的加工精度，也能确保螺纹的工作速度。螺纹洗消刀在实际应用时，可选择用同一把刀具进行左旋螺纹处理和右旋螺纹处理，也适用于不同材料以及复杂材料的加工处理，均能确保材料加工的工艺精度。

1.2 丝锥加工法

在进行小直径螺纹加工环节中，丝锥加工方法的加工精度并不高，因此在面对要求较高精度加工需求时，要避免使用丝锥加工法。在丝锥加工方法应用过程中，需要选择适配的钻头直径，确保螺纹底孔的直径公差上限方面可相互进行协调，减少丝锥加工法在实际加工时的丝锥受损概率。丝锥受损的原因一般都是由于丝锥和需要加工材料的接触过程当中，相互协调的关系难以形成，使螺纹的耐久性下降。

1.3 挑扣加工法

在数控车床螺纹加工中，挑扣加工法并不常用，主要是以采用应急措施为主，是在没有丝锥以及螺纹铣销工具时应急使用，挑扣的加工工艺一般是在箱体零件需要做大螺纹孔时，此时借助镗刀杆和螺纹车刀来进行镗销加工工作。在挑扣的加工期间，要特别注意其主轴的转动速度。由于主轴在转动前期很容易造成延时情况，因此需要针对此情况采取有效的控制办法，防止因为主轴的不当转速原因导致螺纹加工质量受到影响。而在多刀杆实际工作环节中，需要保证刀杆和刀槽位置的对应性以及一致性，防止造成乱扣的现象，最终导致成品的加工效果受到影响。在挑扣中进行多刀操作处理就是挑扣加工法，因此挑扣加工方法的实际应用效率相对来说比较低，不适合在大规模推广中使用，只可以当做应急处理的备用方案。

2 数控车床螺纹加工精度提升措施

2.1 控制积屑瘤

积屑瘤主要形成于被切金属以及刀口附近前方的黏结，因加工硬化的影响造成积屑瘤的硬度相对较高，然而积屑瘤在工作中具备不稳定性特征，切削条件也会由于积屑瘤产生一定的变化。积屑瘤本身在稳定的时候，可大大的降低它的热量，并且增加其工作的前角，能有效的帮助减小刀具主偏角和切削厚度。通过刀具主偏角或是减小供给量可以有效的降低和提升切削速度，此情况都会让切削温度产生变化，在切削钢材时，如果其表面比较平滑，那么就说明积屑瘤较小。在实际加工期间，可选择用性价比较高的润滑剂，在切削工件材料时可选择用植物油来切割，可以有效的帮助加大材料相互间的吸附力，相互摩擦得越少所产生的积屑瘤数量越少，摩擦越小，积屑越少，螺纹加工质量和螺纹精度越好。当前角增大时，刀具与接触面之间的压力会有效降低，这将有效降低切削温度和切削力，进而有效减少切屑的出现。

2.2 解决车床加工影响因素

施工人员需要不定时的对机床进行例行检查，妥善帮助解决有可能发生的或者即将发生的故障问题，对于车床坐标系统和刀具长度进行效验和计算，诊断其运动情况，如果出现故障问题时，其运动发出的响声就会出现异常，因此可以通过这个情况去判断出机械里面存在的问题，通过声音出现的方位进行检测，能快速解决数控车床中存在的故障。工作人员可通过应用直线插补来帮助解决机床里的误差问题，全面提高螺纹的加工精度。

2.3 加工工件装夹方式的合理选择

数控车床的加工工件装夹方式正常都是用组合装夹的方式，合理选择定位基准，通过各种方式组合起来，而不是简单地选择一种方法，组合装夹方式能有效减少装夹误差以及防止工件重复装夹。在安装的具体过程中，要根据不同的零件结构去选择合适的装夹组合方式，从而达到提高装夹质量以及速度，大大的加大加工效率，提高数控车床的加工精度以及产品质量，促进数控技术的发展。

2.4 分析机加工零件的可制造性

為了让车床加工的精度得到更好的保证，首先需要分析被加工零件的可制造性，要根据机械零件的局部特点以及外部尺寸，确定加工的工艺顺序，使数控车床在加工过程中最大限度的减少重复换刀的时间，致使资源和时间的浪费达到最小，此外，还要确定其加工的基准，可以使工件的重复装夹次数大大减少并且减少装夹误差，保证被加工零件的轮廓位置要求以及尺寸精度。

2.5 选择刀具材料和角度要合理

数控车床在加工的过程中，如果已经确定好工件的夹紧方式，就需要把刀具的对刀点进行确定好。刀具的设定点，说的是刀具原点在刀具确定的坐标系中，起初开始移动的那个点。一般情况，零件对刀就是寻刀点的过程，数控起点程序就是对刀。数控车床的操作需要找到参考点才能控制。也要选择合适的刀具设置。尺寸的选择以及对刀点如果出现问题，会降低车床零件的加工精度，并且在对刀过程中甚至还可能诱发安全问题，也有可能给设备的后期使用埋下一定的安全隐患。刀具的选择对加工精度来说起着重要的作用。大部分数控车床用的是系列化标准刀具，相对而言都配备了完整的刀具库。可以使用的工具比较多样化，材料和性能也不尽相同。因此，数控车床工作时候选择的刀具，应该依据被加工零件的材质以及需求来合理选刀具，并综合考虑耐磨性、韧性、硬度、强度等方面。

3 数控车床螺纹加工故障维修措施

3.1 乱扣故障的维修措施

螺纹加工是需要多次切削才能完成，为了确保重复性切削过程中不会出现乱扣现象，必须要在重复性切削开始时候，其进刀位置保证相同，主轴编码器里的一转信号被数控系统接收之后才会进行螺纹加工计算运动。为此工作人员需要先看刀具选的型号有无错误，通过选择合理正确的刀具型号，以达到实现对刀具的重新安装和加工的目的。同时还要对主轴连接以及编码器的同步带进行质检，看是否有出现松动的情况，一旦发现编码器连接和主轴连接的同步带出现松动，就要马上进行更换新的同步带，同时要再次进行间距调整工作。再者，工作人员需要对系统的参数NO.1622进行质检，看看切削的进给加减速时间常数有无过大，用不用重新进行设置。

3.2 刀具在工件前端停止不执行程序

Z轴进给和主轴旋转之间的插补是数控车床螺纹加工的原理。当螺纹加工程序发出指令时，系统需要从主轴检测装置获得每次旋转的信号后才能执行螺纹加工操作，Z轴为主轴每次旋转进给一个螺距或导程。数控车床加工螺纹时，刀具停止在工件前端并未执行程序时，可以去观察诊断页面。当看到1转的等待信号如果为1时候，就说明主轴编码器的1转信号出现了故障。当进行螺纹车削的时候，就会阻碍工件前端程序向下执行。这时就要去质检主轴编码器，同时也要对主轴编码器进行更新，才能很好地排除故障。如果1转信号没有出现错误，可以在参数NO.1826中设置各轴的原位宽度值

3.3 车削螺纹螺距错误的维修方式

数控车床螺纹在加工环节中，主轴旋转和Z轴进给间的插补控制，在螺纹加工时出现螺距错误情况时，会由于主轴编码器反馈信号所传输的数据信息并不准确，为此需要及时进行更新同步带和主轴编码器。如果Z轴丝杠或X轴丝杠和主轴窜动太大时，需要马上去调整主轴轴向窜动，Z轴和X轴丝杠的间隙也可以根据系统的参数来自我调整补偿。另外当螺纹加工指令的程序有错误情况出现时，要及时对相关的程序进行检查，保证编写的螺距和图纸要求的一致性。

4 数控机床螺纹加工应用研究

4.1 螺纹尺寸计算

以《数控铣床加工技术（华中系统）》为例，对于数控车削螺纹加工工艺进行研究，探究螺纹加工工艺实施中的注意问题。普通螺纹用数控车床加工时需确定的相关尺寸一般都是以加工内螺纹前的底孔尺寸和加工外螺纹前的光杆尺寸等尺寸为主。

（1）光杆直径的计算需要在加工外螺纹前进行。车削外螺纹期间，如果工件是塑性材质时候，车削的过程中很容易遭到车刀挤压，从而造成螺纹直径尺寸出现持续性胀大。因此设置光杆直径时候要略小于螺纹公称的直径：

光杆直径=螺纹公称直径–（0.1～0.13）P （1）

式中，P为是螺纹的螺距。

（2）加工内螺纹前的底孔直径计算过程中，因为底孔在车削的过程当中非常容易遭到车刀挤压，继而会造成底孔直径慢慢缩小，所以设计底孔直径时要比螺纹内径略大一点：

塑性材料底孔直径=公称直径–P

脆性材料底孔直径=公称直径–（1.05～1.1）P

4.2 螺纹的起始切削位置

螺纹在加工过程中，为了有效避免出现“螺纹乱扣”的状况，在同一螺纹的切削期间，需要把螺纹切削起点的Z坐标设定为一个固定值，而Z坐标在设定期间也要认真考虑引入距离，设计螺纹切削起点的X坐标时候需要比螺纹公称直径大。

（1）单线螺纹切削起始位置的选择。螺纹切削的工艺主要是分层进行切削，为了保证刀具每一次的分层切削都能切削到同一条螺纹上方，需要确保每一次开展螺纹切削起点的Z坐标为同一坐标值。

（2）选择多线程切割的起始位置。FANUC系统主要选择是轴向分型方式，通过改变螺纹切削起点的Z坐标来帮助实现。加工第二根螺纹时，需要把第一根螺纹的切削起点的Z坐标向右移动一个螺距，进行加工第三根螺纹时候，需要把第二根螺纹的切削起点的Z坐标向右移动一个螺距。

在华中系统的具体应用过程中，可以選择圆周分割线法，在保持螺纹切削起点的Z坐标位置不变的前提下，继而去改变螺纹切削起点在圆内的位置。双线螺纹圆周方向每隔180°需要加工一个螺纹，三线螺纹圆周方向每隔120°需要加工一个螺纹。

4.3 螺纹切削最终进刀位置

螺纹刀在X方向的最终进刀位置始终取决于螺纹内径，如式（4）所示，同时也可通过螺纹分刀表来确定。

螺纹内径=螺纹外径–1.3P （4）

4.4 引入引出距离

伺服系统本身有一定的滞后性。在螺纹加工期间，螺纹切削的起始位置很容易出现“超前”，而螺纹切削的终止位置则会出现“滞后”，造成螺纹两端的螺距和加工要求不能满足相关要求。因此，刀具的引入距离应在螺纹切削的开始位置进行考虑，刀具的引出距离应在螺纹切削的结束位置考虑。

4.5 主轴速度设计

在螺纹切削过程中，当切削力比较大时，不易把转速设计过高，大部分数控车床车削螺纹的主轴转速需要参考n<1200/P-k来确定。其中k为保险系数，一般取值80。为了保证螺距的精度，需要保证主轴的转速恒定，所以此时要采用G96恒线速度指令。

4.6 刀具安装方法

螺纹刀具的刀尖需要设置得比车床主轴的轴线高。如果螺纹刀具的刀尖安装过高，刀具的后刀面会抵住工件，会大程度的增加摩擦力，造成工件弯曲甚至“扎刀”。如果安装高度过低，那么就很不利于排屑。因此，必须保证螺纹刀具顶角的对称中心线垂直于工件轴线，以保证螺纹轮廓的正确性。在实际安装过程中，可借助工具模板来校准。

4.7 进刀方法

华中系统所提供的螺纹加工指令包括G32、G82、G76。仅在刀具材料质量好且螺距较小时，可采取直进方法进行加工。对于加工螺纹精度较低的工件，可确保粗精车螺纹切削起始位置一致性的条件，先行遵行G76先行粗车，同时也可遵行G32、G82指令完成精车，避免出现“乱扣”的情况。

5 结语

数控车床螺纹加工工艺具备加工效率高、经济性高的优势，为了确保螺纹加工质量，需要灵活性应用螺纹加工工艺技术，诊断与排除各项故障问题，合理设置数控车床的螺纹加工参数，全面提升螺纹加工精度。

参考文献

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[2] 朱国明.CRH2动车组牵引拉杆螺纹加工中数控铣削技术的应用[J].中国金属通报，2021（4）：221-222.

[3] 何宏伟，李明.数控铣床加工技术（华中系统）[M].机械工业出版社，2010.