梯形螺纹加工分层排刀法在车床切削加工中的应用

黄 玖

（广西机电技师学院，广西柳州 545005）

0 引言

车床作为制造业的基础设备，只有在技工的操作下，才能发挥其应用价值，不管是在重工业企业，还是在中企业当中，普通车床的应用较为常见，熟练的车床技工是该领域普遍需要的人才。应用普通车床切削出梯形螺纹，对车床磨损相对较大，所以梯形螺纹多以数控机床加工为主[1]。

1 定义及参数信息

梯形螺纹是螺纹的一种，因为牙型为等腰梯形，牙型角为30°，故而称之为梯形螺纹（图1）。梯形螺纹特点为：内外螺纹为锥面，自身的贴合力较大，稳固性非常好，作为连接部件，不易出现松动的情况；而与矩形螺纹对比来看，梯形螺纹的传动率要略低于一些，但是由于梯形螺纹工艺和牙根强度较为良好，实际应用效果要高于矩形螺纹[2]。针对梯形螺纹的提出的标准规定为30°梯形螺纹代号用“Tr”及公称直径×螺距表示，左旋螺纹需在尺寸规格之后加注LH，右旋则不注出。梯形螺纹的基本参数信息见表1。

表1 梯形螺纹的基本参数信息

图1 梯形螺纹

2 切削循环G92 指令及普通车床的分层排刀法

2.1 梯形螺纹切削循环G92 指令

G92 切削循环的加工步骤为：进刀→加工→退刀→返回，其中进刀是在循环起点位置上快速地完成进刀操作；加工为对螺纹进行切削的加工；退刀和返回则与进刀相同，都是在快速的状态下完成，4 个步骤所形成的循环操作，便是G92 指令基本内容（图2）。

图2 G92 指令螺纹切削过程平面

由图2 可知，G92 指令的切削加工方面，是直进式的切削加工，假若将其应用到数控车床当中，数控机床便会采用分层法进行加工。而分层法在编程过程中，一个主程序通过控制3 个子程序，完成相关加工操作实现分层左右切削的加工方式（图3）。所以，此种加工方式，能够适用于大螺距的螺纹加工，梯形螺纹便属于大螺距螺纹[3]。

图3 分层编程程序控制

2.2 普通车床的分层排刀法

以Tr36×6-7e（外梯形）螺纹为例，按照G92 指令内容推导出普通车床的分层排刀法，内容如下[4]。

（1）加工梯形螺纹的准备工作：①按照梯形螺纹的大径尺寸进行车床加工，加工至公称直径尺寸处，公称直径尺寸处位置的尺寸减少0.05～0.1 mm 即可；②梯形螺纹的圆柱面两侧倒角，角度设定为15°；③采用对刀样板进行刀具的安装，刀尖的高度与主轴中心高等相同，同时左、右两侧的半角呈现为对称状态；④中滑板刻度和小滑板刻度进行对零操作；⑤进行车床切削时，中滑板吃刀设定为0.1 mm，从而检验螺距是否达到标准。

（2）分层排刀法的走刀加工流程，需要进行9 层的加工，走刀数为3，中小滑板刻度在不同层加工当中参数不同，分层排刀法走刀加工流程见表2。

表2 分层排刀法走刀加工流程 mm

（3）在实际加工过程中，假若加工出现问题，可以选用分层排刀法，进行梯形螺纹的二次对刀，从而有效提高加工的工作效率。此外，分层排刀法不仅适用于外梯形螺纹的加工，还可将其应用带内梯形螺纹的加工当中，只需要将中滑板的刻度值降低1/2 便可实现。

3 普通车床切削加工中梯形螺纹的加工设计

3.1 刀具设计

通常情况下加工梯形螺纹的刀具材料为高速钢，型号为W18Cr4V，此种材料的刀具不仅具有较高的可磨性，还能适用于低转速的加工过程中，进而提高加工面的质量。但是此种材料刀具的耐磨性和热塑性较低，所以实际加工效率较差，而数控车床常用的涂层合金刀具，不但满足高转速的加工要求，实际表面的加工质量还能得到保证，同时自身具备强耐磨特点，能够有效提高加工的效率[5]。因此，在普通车床上加工梯形螺纹时，刀具方面的设计可将上述两种刀具结合起来，其中高转速的刀具用于精细化的梯形螺纹加工工序，涂层合金材料的刀具用于粗加工的梯形螺纹加工工序。

此外，还需要对高速钢的刀具进行修改，才能保证高速钢刀具的稳定性，修改内容主要有两项，分别是提高高速钢刀头的装夹稳定性和降低高速钢刀在切削过程中的振动频率，从而在高速钢刀柄的固定件。也可以采取加粗的方式，增加装夹稳定性，同时在刀杆的弹性装置上加装一个减振的弹簧圈，增加刀具的抗振能力。

3.2 加工参数设计

（1）普通车床切削加工的方法。常规的普通车床切削加工的方法主要有3 种，分别是斜进法、左右切削法以及直进法，其中直进法的加工精度要求相对较低，左、右切削法主要用于加工工件的两侧面，斜进法则为加工工件的特殊结构。因此，上述3 种加工方法，粗加工选用直进法、精细化加工选用剩余两种方法，同时按照工件的加工要求调整斜进法和左、右切削法的加工工序。

（2）加工参数。加工参数以Tr40×6 的梯形螺纹为例，按照表1 的参数指标计算相关内容，从而得到对应的加工参数数据（表3）。

表3 Tr40×6 的梯形螺纹加工参数 mm

（3）左右切削法加工方法。使用左右切削法，先测量出牙顶宽数值，将测量数值减去理论数值，之后再减去左右两侧身剩余的精细化加工量，假若精细化加工的表面质量状态较好时取0.2 mm 的值，反之粗糙程度较高时则取0.3 mm，之后将取的值缩小两倍，从而得到单侧切削的刀量。此外，精细化加工选用高速钢时，刀具转速设置为28 r/min，加工刀槽底尺寸，同时为了保证螺纹中径的尺寸符合标准，需要进行精细化的左、右两侧切削加工。

3.3 螺纹精度控制

（1）机床的调整。梯形螺纹在加工过程中，对于精度的要求较高，为了降低加工机床的磨损程度，机床方面的调整可通过选用专用丝杆车床的方式，提高丝杆的加工精度；还可以调整车床各部件之间间隙的方式，增加车床精度的同时，降低磨损[6]。例如：调整滑板楔铁的配合间隙、调整开合螺母的燕尾导轨配合间隙等。

（2）刀具的装夹。刀具的装夹控制分为两点，分别是刀具两侧刃后角的变化以及刀具安装的精度影响。其中刀具两次刃后角的变化，主要是因为机床切削时，受到螺纹升角的影响，从而导致其出现变化，进而可选用能转动加工刀角度的弹性刀架，来控制切削的振动幅度以及预防扎刀的情况，但此种方式只能应用于粗加工工序当中；再者是刀具安装的精度影响，假若机床在安装刀具时，中心高的对准程度没有达到标准，就有可能导致螺纹的牙型角出现偏差，进而需要利用螺纹角度样板，对刀的中心高进行校准，确保螺纹加工刀尖中心线与工件轴线保持在垂直状态。同时在安装刀具时，使用百分表对刀具左侧未进行刃磨的部分，进行直线度校准，从而控制刀具安装的精准度。

（3）中径值的控制。梯形螺纹的测量内容主要分为大径、中径和牙型角，大径和牙型角测量较为简单，中径则存在一定的难度。梯形螺纹在精细化加工过程中，只有控制好中径值才能保证螺纹加工的精度和效率，所以可以通过控制小滑板进给数值的方式控制中径值，规律为：小滑板进0.05 mm，中径值降低0.15 mm；小滑板进0.1 mm，中径值降低0.3 mm。以此类推，从而有效控制梯形螺纹的实际加工精度。

4 结束语

梯形螺纹加工分层排刀法在普通车床切削加工中的应用，研究首先从理论的角度出发，通过阐述理论的方式，突出研究的对象，再从G92 指令方面入手，推导出分层排刀法，同时突出普通车床切削加工中的梯形螺纹加工应用内容，最后提出普通车床切削加工中梯形螺纹的加工设计，完善研究的同时，提高研究的可实施性，进而完成研究。该研究存在一定的不足之处，主要体现在与实际产品工件的联系程度相对较低，未来在同类型研究中将重点从实践产品工件的角度出发，以增加研究的实践性和研究价值。