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數(shù)控車床加工螺紋產(chǎn)生不良原因
閱讀：5000 發(fā)布時(shí)間：2022-4-14
隨著機(jī)加工技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在工廠里已普遍使用，用數(shù)控車床車螺紋是螺紋加工中常用的方法之一。它通過(guò)程序控制既可以加工普通螺紋，也可以加工形狀復(fù)雜的異形螺紋。用數(shù)控車床加工出來(lái)的螺紋精度高，產(chǎn)品的一致性高、加工速度快、表面質(zhì)量好且調(diào)試方便。車螺紋會(huì)產(chǎn)生各種各樣的缺陷，既有機(jī)床和設(shè)備的原因，也有刀具和操作人員等因素的影響。現(xiàn)從以下幾方面分析螺紋加工中常見的不良現(xiàn)象及相對(duì)應(yīng)的措施。
1 、外螺紋端面或內(nèi)螺紋孔口處毛刺較大
在車削螺栓、螺桿等外螺紋時(shí)，通常將棒料外徑車削至螺紋大徑，然后端面倒角。如果不倒角，螺紋起頭處易外翻，有較大的毛刺產(chǎn)生。這樣的毛刺易刺手，既不利于加工操作，也會(huì)影響測(cè)量和后面的裝配。倒角的大小也會(huì)影響去除毛刺的效果。倒角大時(shí)，影響螺紋的美觀和螺紋的有效長(zhǎng)度；倒角小時(shí)，會(huì)出現(xiàn)毛刺，車削外螺紋倒角大小一般為螺紋螺距的大小為宜，例如，加工 M10 螺桿時(shí)，由于M10 標(biāo)準(zhǔn)螺距為 1.5mm，所以倒角大小為 C1.5 較為合適。內(nèi)螺紋的倒角至螺紋大徑，如加工 M10 螺紋孔，先用 φ8.5 鉆頭鉆好螺紋底孔，再用比鉆底孔直徑大兩個(gè)螺距約 φ14 的鉆頭倒角。倒角后加工螺紋，螺紋起頭處不再會(huì)有毛刺產(chǎn)生。
2 、螺紋有亂牙、亂扣現(xiàn)象
普通車床車削螺紋，會(huì)根據(jù)螺紋的螺距(導(dǎo)程)掛輪，進(jìn)刀時(shí)主軸正轉(zhuǎn)，退刀時(shí)主軸反轉(zhuǎn)，主軸與刀具間必須保持嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，即主軸帶動(dòng)工件每轉(zhuǎn)一圈，刀具應(yīng)均勻地移動(dòng)一個(gè)恒定的距離，這個(gè)恒定的距離為螺紋的螺距(或?qū)С?。這樣每次進(jìn)刀點(diǎn)相同而不會(huì)出現(xiàn)亂牙現(xiàn)象。
數(shù)控車床加工螺紋時(shí)不需要反轉(zhuǎn)退刀，不會(huì)出現(xiàn)亂牙的原因是在數(shù)控車床的主軸上安裝有光電編碼器。帶著工件一起轉(zhuǎn)動(dòng)著的主軸，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由一根同步帶傳送到主軸編碼器，主軸編碼器檢測(cè)到主軸的轉(zhuǎn)速后，會(huì)將信息反饋到機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中，數(shù)控系統(tǒng)再根據(jù)程序編制的螺距(導(dǎo)程)大小，發(fā)出指令嚴(yán)格控制主軸每轉(zhuǎn)一圈，刀具移動(dòng)一個(gè)螺距(導(dǎo)程)的距離，且保證每次進(jìn)刀點(diǎn)的位置，即便主軸轉(zhuǎn)速較快，仍可以輕松找到每次進(jìn)刀點(diǎn)，使加工螺紋時(shí)不會(huì)出現(xiàn)亂牙現(xiàn)象。
用數(shù)控車床加工螺紋時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)亂牙或爛牙等不良現(xiàn)象，其原因可能有以下幾方面：(1)光電編碼器損壞。光電編碼器一般安裝在車床主軸的末端，只要打開車床主軸箱側(cè)面防護(hù)罩，即可更換編碼器。(2)同步帶齒磨損嚴(yán)重。同步帶磨損，會(huì)使編碼器和主軸傳動(dòng)不成定比，影響主軸轉(zhuǎn)速和刀具間形成的螺距(導(dǎo)程)關(guān)系而造成車削亂牙。同步帶屬于易損品，它是連接編碼器和主軸的傳動(dòng)件，拆卸和安裝都很方便。(3)數(shù)控車床主軸軸向竄動(dòng)，存在間隙。只要調(diào)整軸向絲杠螺母里的間隙即可。如果間隙較小，可以用系統(tǒng)間隙自動(dòng)補(bǔ)償功能修改參數(shù)來(lái)補(bǔ)償；如果間隙過(guò)大，維修較麻煩，必須將絲杠螺母拆卸下來(lái)，根據(jù)竄動(dòng)量在螺母里加相應(yīng)厚度的墊片。(4)操作者編制的程序存在問題。編制程序時(shí)主要是把定位點(diǎn)確定好。數(shù)控車削螺紋在編制分層加工時(shí)，注意每次軸向定位點(diǎn)保持一致，可有效避免亂牙。例如，加工 M20 螺桿，螺紋有效長(zhǎng)度為 50mm，編程如下：
每次退刀時(shí)，也要注意徑向退刀距離，如果退刀時(shí)直徑大小不變，仍按原直徑退出或距離過(guò)小，這時(shí)刀尖就會(huì)將加工過(guò)的牙型破壞或牙尖車平，造成廢品。特別是初學(xué)者加工螺紋，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。
由于車螺紋需要多次分刀進(jìn)行，因此 Z 軸每次定位必須相同，否則加工會(huì)出現(xiàn)亂牙。而現(xiàn)在大多系統(tǒng)有復(fù)合循環(huán)指令，只要定位點(diǎn)確定后，以后每次分層加工不必重新設(shè)置。單一車削循環(huán)指令 G92 和 G76 車螺紋就屬于這樣的準(zhǔn)備功能指令。
3 、螺紋加工開始段及結(jié)束段螺距不穩(wěn)現(xiàn)象
螺紋加工每次定位點(diǎn)必須相同，不論是 G32 代碼的定位點(diǎn)由編程人員設(shè)定，還是復(fù)合指令 G92 由機(jī)床系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)值保證。螺紋加工階段必須要保證主軸帶動(dòng)工件每轉(zhuǎn)一圈，車刀走一個(gè)螺距，可使加工出的零件產(chǎn)品不爛牙，不亂牙。但在螺紋加工的起始段，由于轉(zhuǎn)速和車刀移動(dòng)速度較快，在車刀到達(dá)工件表面時(shí)，還未來(lái)得及保證主軸轉(zhuǎn)速與車刀移動(dòng)的定值(螺距或?qū)С?，往往會(huì)出現(xiàn)螺紋開始階段的螺距不太穩(wěn)定，螺距大都偏小，裝配時(shí)螺母很難旋入。螺紋加工即將結(jié)束時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速及刀具移動(dòng)速度會(huì)降低，這時(shí)也會(huì)出現(xiàn)螺距不穩(wěn)現(xiàn)象。為了在加工中克服這種現(xiàn)象的發(fā)生，在每次編程時(shí)，將開始車削時(shí)的 Z 值距離設(shè)定長(zhǎng)些，把加工不穩(wěn)定階段用于刀具空走，待穩(wěn)定后才開始車削。如上面的程序中，Z 值可以設(shè)置到工件右端面5mm 甚至更長(zhǎng)點(diǎn)的距離。對(duì)于結(jié)束段，螺紋結(jié)構(gòu)中往往有退刀槽，螺紋螺距不穩(wěn)定階段在退刀槽內(nèi)，這種結(jié)構(gòu)很好地解決結(jié)束段螺距不穩(wěn)現(xiàn)象。
編程舉例如下：
4 、扎刀
扎刀現(xiàn)象在車加工中經(jīng)常遇到，這與車刀的安裝高度和刃磨角度有很大關(guān)系。螺紋加工車刀安裝過(guò)高，則切削深度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，車刀的后刀面頂住工件，增大摩擦力，甚至把工件頂彎。車刀安裝的過(guò)低，則切屑不易排出，車刀徑向力的方向是工件中心，加上橫向進(jìn)絲杠與螺母間隙過(guò)大，使吃刀深度不斷自動(dòng)趨向加深，從而把工件抬起，甚至引起崩刃。工件裝夾不牢固使其本身的剛性不能承受車削時(shí)的切削力，因而產(chǎn)生過(guò)大的撓度，改變了車刀與工件的中心高度，工件被抬高，形成切削深度突增。刀具刃磨前角過(guò)大及刀具磨損也會(huì)出現(xiàn)扎刀現(xiàn)象。避免扎刀的方法大致有：
(1)及時(shí)調(diào)整車刀高度，使其刀尖與工件的軸線等高，通常的做法是利用尾座來(lái)對(duì)刀，在粗車和半精車時(shí)，刀尖位置比工件的中心要高出被加工件直徑的 1/100 左右；
(2)及時(shí)刃磨并減小螺紋車刀前角，維修調(diào)整或自動(dòng)補(bǔ)償減小 X 軸絲桿間隙，也是避免扎刀現(xiàn)象的常用做法；
(3)加工螺紋時(shí)不要選擇背吃刀量和切削速度太大，要根據(jù)螺紋螺距(導(dǎo)程)大小和工件剛性選擇合理的切削用量。
5、 牙型不準(zhǔn)確
有時(shí)加工的螺紋牙型會(huì)出現(xiàn)變形，這種變形主要表現(xiàn)為牙尖角偏大或偏小，或是牙型形不對(duì)稱，出現(xiàn)了向一邊偏斜。造成牙型不準(zhǔn)確的原因主要有以下幾個(gè)方面。
刀具刃磨角度偏差較大。普通三角螺紋刀尖角為60°，梯形螺紋刀尖角為 30°，刃磨時(shí)要用刀具角度樣板測(cè)量，如果沒達(dá)到角度要求，需要重新刃磨。精度要求高的車刀，可以在工具磨床上刃磨角度。
車刀安裝不正確。螺紋左右兩刃的中心線在對(duì)刀時(shí)應(yīng)該垂直于車床主軸軸線，也就是說(shuō)刀具的主偏角與副偏角相等，都為 60°。如果在安裝刀具時(shí)，刀具的中心線與軸線不垂直，加工出來(lái)的螺紋牙將歪向一邊，使螺紋通規(guī)通過(guò)不了，若再往下加工，螺紋牙形會(huì)偏薄，影響螺紋產(chǎn)品的強(qiáng)度。所以在安裝螺紋刀具時(shí)，一定要用螺紋靠板或采用百分表來(lái)找正。先擰刀架上用于固定刀具的一個(gè)螺栓，稍微用點(diǎn)力，調(diào)整好刀具角度后再擰刀架上另一個(gè)螺栓，看刀具的角度，兩個(gè)螺栓擰的時(shí)候交錯(cuò)進(jìn)行，不至于在擰緊時(shí)刀具發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。
刀具磨損。機(jī)加工刀具材質(zhì)大都是硬質(zhì)合金，螺紋車刀也不例外，這是因?yàn)橛操|(zhì)合金刀具具有硬度高、耐磨、高強(qiáng)度和很好的韌性。要根據(jù)不同的加工條件，調(diào)整好合適的切削用量，刀具耐用度就會(huì)增加。但是任何刀具在長(zhǎng)時(shí)間使用后，都會(huì)產(chǎn)生磨損。尤其螺紋車刀較尖，磨損更快，加工出來(lái)的螺紋尺寸會(huì)發(fā)生改變，這時(shí)應(yīng)及時(shí)將刀具卸下來(lái)重磨或更換新的刀具。
6 、螺紋表面質(zhì)量較差
造成螺紋表面質(zhì)量差，表面粗糙度數(shù)值較大的原因主要有以下幾點(diǎn)。
(1)刀柄或工件較細(xì)。刀柄伸出較長(zhǎng)，刀柄或工件又較細(xì)，兩者剛性差，倘若切削用量選擇又過(guò)大，切削時(shí)勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)，從而使加工的螺紋表面產(chǎn)生震刀紋，表面質(zhì)量很差。或高速切削螺紋時(shí)切削厚度太小或切屑向傾斜方向排出，拉毛已加工牙側(cè)表面，造成螺紋表面粗糙度數(shù)值較大。因此，應(yīng)盡量增大刀柄的截面，減小刀柄伸出長(zhǎng)度。選擇合適的切削用量對(duì)表面質(zhì)量的影響很大。
(2)車刀切削刃磨的角度有問題，徑向前角過(guò)大。
若徑向前角大，又或中滑板絲杠螺母有大的間隙，易產(chǎn)生扎刀，從而產(chǎn)生震刀紋。解決的措施就是減小車刀的徑向前角。高速鋼切削螺紋時(shí)，后一刀的切屑厚度一般要大于 0.1mm，并使切屑沿垂直軸線方向排出，不破壞已加工表面質(zhì)量。
(3)螺紋車刀刀尖會(huì)產(chǎn)生積屑瘤。積屑瘤隨著加工的進(jìn)行不斷生成、長(zhǎng)大和脫落。同時(shí)，由于部分積屑瘤碎屑嵌在工件表面上，在工件表面上形成硬質(zhì)點(diǎn)，這些情況都將嚴(yán)重影響螺紋表面粗糙度。避免產(chǎn)生積屑瘤的常用方法是增大或減小切削速度，刀具刃磨時(shí)適當(dāng)增大后角和刃傾角，并且根據(jù)材質(zhì)選擇正確的切削液。
7 、結(jié)語(yǔ)
在加工螺紋過(guò)程中出現(xiàn)產(chǎn)品不良的原因是多種多樣的，除上述機(jī)床、設(shè)備、刀具和操作人員等因素影響外，還有其他等綜合因素作用使然。所以排除不良產(chǎn)生的故障應(yīng)視具體情況具體分析，通過(guò)各種檢測(cè)與診斷手段，并輔以工作中的經(jīng)驗(yàn)，找出具體的影響因素，采取合理而有效的解決辦法。