浅析应用A类宏程序车削特殊螺纹的方法

摘 要：本文从刀具几何角度选择、车削方法、宏程序的编制等方面，阐述了在教学实践中应用A类宏程序车削特殊端面螺纹和变螺距螺纹的方法。

关键词：端面矩形螺纹 变螺距螺纹 车削方法 宏程序编制

在机械制造工业中，带螺纹的零件应用广泛，且种类多，因此螺纹的加工方法也较多。在数控车床编程与操作教学中，如何用现有的GSK980TD数控系统车床编程和加工各种特殊螺纹呢？下面介绍笔者在教学实践中应用A类宏程序车削特殊端面矩形螺纹和变螺距螺纹的方法。

一、宏程序车削端面矩形螺纹的方法

如图1所示端面矩形螺纹零件图，该图左边是锥体，用来加工锥齿轮，右边是螺距8mm的端面矩形螺纹，材料为45钢。

图1 端面矩形螺纹零件图

从图1可知，如果在普通车床上或在专用机床上加工，难度在于加工螺距8mm的端面矩形螺纹。故笔者利用GSK980TD数控系统车床G32指令可车削端面螺纹的功能，从工艺性分析、刀具几何角度选择、车削方法、宏程序编制等方面综合考虑，加工出特殊的端面矩形螺纹。

1.零件工艺性分析和难度分析

由图1可看出，难度在于车削端面矩形螺纹，螺距P=8mm，ac取0.2mm，根据矩形螺纹的计算公式可得，牙型深度：h=0.5P+ac=4.2mm；牙槽宽：b=0.5P+（0.02～0.04）=4.03mm；牙宽：a=P-b=3.97mm。

2.刀具材料和几何角度选择

（1）刀具材料。车削端面矩形螺纹时，宜选高速钢W18Cr4V车刀，主轴转速采用50r/min。

（2）刀具几何角度。在刃磨端面矩形螺纹车刀时，既要考虑矩形螺纹车刀的几何角度，又要考虑端面螺纹车刀的几何角度，才能车削出正确的端面矩形螺纹。

①矩形螺纹车刀的几何角度。

为了使刀头有足够的强度，刀头长度L不宜过长，L=0.5P+（2～4），应取6～8mm。

刀头宽度：粗车刀一般比螺纹牙槽宽尺寸小，故刀头宽度取3.5mm。

车刀纵向前角。因为加工材料为钢件，故取12°～15°；车刀纵向后角取为8°。

因P=8mm，故刃磨刀刃后角时应考虑螺纹升角的影响。根据公式中径d2=d-h=117.8mm，由tanψ=得出：ψ=1?14′，故两侧刀刃后角：αOL=（3?～5?）+ψ≈5?，αOR=（3?～5?）-ψ≈2?。

两侧刀刃副偏角为1°左右。

车刀主刀刃要平直，两侧副刃要对称，精车刀应磨0.3～0.5mm修光刃。

②端面螺纹车刀的几何角度。因端面螺纹的螺旋槽与端面矩形槽相似，为了防止车刀左侧副后面与螺旋槽圆弧相碰，必须按螺旋槽圆弧的大小刃磨成圆弧形，并保证有一定的后角。

3.端面矩形螺纹的车削方法

车削图1的端面矩形螺纹时，受工件材料、车刀角度、螺距大、牙型深等条件限制，车削难度大，故在车削时应注意以下三点。

（1）由于车削的端面矩形螺纹牙型深度为4.2mm，考虑车刀的强度，故采用主轴转速50r/min，每次切削深度宜选用0.2mm，这样可避免因吃刀量过大产生崩刃或刀头折断的现象，且可保持正确的牙型。

（2）由于端面矩形螺纹的牙槽宽为4.03mm，故采用刀宽3.5mm的端面矩形螺纹粗、精车刀进行数控车削。粗车时牙底留精车余量0.1mm，牙槽两侧各留精车余量0.05mm。用端面矩形螺纹粗车刀粗车时，应向右或向左偏移0.43mm，以防止“扎刀”现象出现，但必须保证每次偏移前后的进刀点和出刀点一致，防止产生“乱牙”现象。再用精车刀采用同样的方法车至端面矩形螺纹尺寸要求。

（3）切削时应浇注足够的乳化液，以延长刀具寿命和达到表面粗糙度要求。

4.宏程序编制

利用GSK980TD车削端面矩形螺纹G32螺纹切削指令，编程时可调用几个子程序进行编程，但比较繁琐。因此，应用A类宏程序既简化了编程，又提高了编程速度。将1号刀作为端面矩形螺纹粗车刀，刀宽3.5mm，以左刀尖为对刀点，图1所示粗车端面矩形螺纹的参考程序如下：

Ο0001；

G0 X180 Z100 M3 S50 T0101；

G0 X127 Z5；

G65 H01 P#200 Q4100；

N10 G65 H86 P20 Q#200 R0；

G32 X60 F8；

G0 W5；

X127；

G65 H03 P#200 Q#200 R200；

G65 H80 P10；

N20 G0 X180 Z100；

G0 X126.14 Z5；

G65 H01 P#201 Q4100；

N30 G65 H86 P40 Q#201 R0；

G32 X59.14 F8；

G0 W5；

X126；

G65 H03 P#201 Q#201 R200；

G65 H80 P30；

N40 G0 X180 Z100

M30；

二、宏程序车削变螺距螺纹的方法

在食品机械中，螺杆的应用广泛，常将螺杆做成变螺距。但因变螺距用通用设备加工困难，导致其应用受到一定限制。数控车床提供了车削变螺距螺纹功能，既提高了加工效率，又提高了加工质量。

变距螺纹分为牙等宽槽变距螺纹和槽等宽牙变距螺纹。根据GSK980TD系统G34指令可车削变距螺纹的功能，要车削槽等宽牙变距螺纹较容易，可选择刀宽为槽宽的螺纹车刀，并选择好编程切削起点，即可车削成形。如要车削牙等宽槽变距螺纹就复杂些，下面笔者介绍图2所示大径42mm、长60mm的牙等宽槽变距螺纹的车削方法。

图2 牙等宽槽变距螺纹局部示意图（图件号注略）

1.零件加工难度分析

由图2可知，起始点的第一个螺距6mm，主轴每转螺距的增量值是0.2mm，难度在于保证牙宽2.8mm，槽宽均匀增大，要车成变槽宽，在变螺距车削的过程中使刀具宽度均匀变大是不可能的。已知第一个螺距6mm，根据矩形螺纹计算公式可得牙型深度：

h=0.5P+ac（ac取0.2mm）=3.2mm。

2.刀具材料和几何角度的选择

变距螺纹也是矩形螺纹，其刀具材料和几何角度在前文已有阐述，但又因车削的是变距螺纹，故在选择刀具几何角度时应特别注意以下三点。一是根据不同的要求合理选择刀具宽度。二是根据不同情况正确设定起刀点的位置，并正确选择赶刀量。赶刀量是叠加的，如第一个牙赶刀量是0.2mm，则第10个牙的赶刀量是2mm。因此应考虑刀具强度和赶刀量超出刀宽。三是由于变距螺纹的螺纹升角随着螺距增大而变大，故刀具左侧刀刃的刃磨后角等于工作后角加上最大螺纹升角。已知第一个螺距6mm，主轴每转螺距增量值0.2mm，根据公式可得刀具左侧刃磨后角应大于6°。

3.牙等宽槽变距螺纹的车削方法

车削图2所示的牙等宽槽变距螺纹，可通过改变螺距和相应的起刀点来赶刀，逐渐完成车削。第一刀先车出一个槽等宽牙变距螺纹，第二刀切削时的定位点向端面靠近0.2mm（具体数值可根据经验确定），同时基本螺距变为5.8mm。依此类推，第三刀再靠近0.2mm，基本螺距变为5.6mm，直至车到尺寸要求为止。这种加工方法是逐渐往负方向赶刀，即刀具切削槽的左侧面，就可车出牙等宽槽变距螺纹。另一种方法为逐渐往正方向赶刀，加工中刀具定位逐渐远离工件端面，即刀具切削槽的右侧面，同样可车出牙等宽槽变距螺纹。

4.宏程序的编制

应用GSK980TD系统G34指令车削变距螺纹，并用A类宏程序，可简化编程。用2号刀刀宽3mm的矩形螺纹车刀，以左刀尖为对刀点，车削图2所示牙等宽槽变距螺纹时所编制的参考程序如下。

Ο0002；

G0 X100 Z100 M3 S100 T0202；

G0 X52 Z6；

G65 H01 P#200 Q6400；

N10 G65 H86 P20 Q#200 R0；

G0 U-10.2；

G34 Z-66 F5.8 R0.2；

G0 U10；

Z6；

G65 H03 P#200 Q#200 R200；

G65 H80 P10；

N20 G0 X100 Z100；

G0 X52 Z6.2；

G65 H01 P#201 Q6400；

N30 G65 H86 P40 Q#201 R0；

G0 U-10.2；

G34 Z-66 F6 R0.2；

G0 U10；

Z6；

G65 H03 P#201 Q#201 R200；

G65 H80 P30；

N40 G0 X100 Z100；

M30；

实践表明，选择合理的刀具几何角度和车削各种特殊螺纹的方法，并正确应用宏程序和选择螺纹指令编制好加工程序，既能简化编程，又保证了螺纹的精度，提高了生产效率，同时也为教师积累了宝贵的教学实践经验。

参考文献：

[1]劳动和社会保障部教材办公室.车工工艺学（第四版）[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2005.