普车加工梯形螺纹的方法改进

何龙

【关键词】普通车床 梯形螺纹 刀具 加工参数 改进

1. 引言

本人是一名高职学校的车工实训教师，在教学过程中发现学生在加工梯形螺纹时容易存在以下几个问题：（1）加工工时长;（2）刀具磨损严重，经常出现扎刀现象;（3）加工过程中，切削力较大引起车刀振动，造成螺纹两侧面有振纹;（4）不能更好地控制加工精度，致使工件报废。所以本文针对梯形螺纹在中高职的车工技能实训中存在着加工精度和刀具稳定性方面的原因，导致螺纹加工精度低致使螺纹配合质量差的问题。结合国内外梯形螺纹的车削加工现状进行研究和对刀具结构进行改进。从而提高学生的技能，为社会制造出更好的产品，改善人们的生活质量，然后更好的为社会服务。职业技术学校的学生都迫切渴望能拥有一门技术，并希望能通过一门技术来实现自己的人生价值。

2. 普通车床加工梯形螺纹的探究分析

传统的加工方法主要有：斜进法和左右车削法，适合较大导程螺纹的粗加工;直进法只适合小螺距螺纹加工;车阶梯槽法和车直槽法适合较大导程螺纹的粗精加工，但是加工过程需要把两把以上的刀具，并且需要进行繁琐的计算，很可能出现失误，导致零件报废。

已有的螺纹车削研究还主要是针对于高速车削条件下的加工方法，由于梯形螺杆加工通常采用低转速、大进给的切削加工方式，刀具角度又相对比较成熟，因此需要针对梯形螺杆刀具材料和结构、加工参数的设计，进行探讨，来提高加工效率和表面质量。

3. 刀具材料和刀具结构的改进

3.1 刀具材料改进

俗话说“七分刀具，三分手艺”，刀具对于加工的意义不言而喻。以往的加工梯形螺纹刀具材料主要采用高速钢W18Cr4V，这种材料的特点是：可磨性好，适合低转速，加工表面质量高但是加工效率低，而且刀具耐磨性差，热塑性不好。而涂层硬质合金材料在数控车床上加工梯形螺纹应用较广，其具有：适合中高转速、表面质量一般但是加工效率高，耐磨性能好等特点。所以在刀具材料上，我们可以充分利用这两种刀具的优点。粗加工过程中选用硬质合金刀具，精加工过程选用高速钢刀具。

这样的结合使用刀具，既可以保证加工表面的质量也可以提高加工效率。在一些学校我还见到有采用硬质合金刀具进行粗精加工，精加工过程利用离合来控制车床的低转速。但是这种加工方式很难保证表面质量，原因与机床间隙有很大关系，由于实际生产和比赛过程中必须提高合格率，虽然加工速度提高了，但是合格率很难把握，所以这种加工方法不是很可靠。

3.2 刀具结构的改进

由于梯形螺纹的切削力相对较大，导致切削过程中存在刀头窜动，直进法切削过程中，车刀三面切削致使加工表面存在振纹，加工精度低。所以针对这一问题，对刀具结构进行改进。主要是高速钢刀具的刀具结构改进，因为数控刀具的结构相对比较成熟，稳定性又好。高速钢刀具的改进主要考虑两方面，一是刀头的装夹稳定性，二是降低车削过程中的振动。所以刀柄上面固定螺钉尽量的加粗，增大刀头与刀柄的接触面积，来增加刀头的装夹稳定性。同时弹性刀杆上开了一个减震的弹簧圈，大大的降低了加工过程中产生的振动。

4. 加工参数的设计

4.1 加工方法

车削梯形螺纹常用的方法如下：

（1）直进法

螺距小于4mm 且精度要求不高的工件，可用一把梯形螺纹刀加工，即每一刀都在横向进给，至牙底。此方法加工时，螺纹车刀的三个切削刃同时参与切削，导致加工排屑困难，切削力和切削热增加，刀头磨损相对严重，容易产生“扎刀”现象，因此不合适大螺距螺纹加工。

（2）斜进法

螺纹车刀沿牙型一侧方向斜向进刀，至牙底，此方法加工时，车刀始终只有一个侧刃切削，排屑较顺利，车刀受热和受力情况有所改进，不易产生“扎刀”现象。

（3）左右切削法

用梯形螺纹车刀采用左右切削法加工两侧面，每侧留0.1 ～ 0.2mm 的精加工余量，并车至螺纹小径，螺纹车刀分别沿左、右牙型的方向进刀，直至牙底。这种方法与斜进法类似，利用此方法时车刀的两刃都参与切削。

综上分析：粗加工采用硬质合金车刀，直进法;精加工采用高速钢车刀，左右车削法。

4.2 加工参数设计

通过多年的加工实践总结并设计出一套简单又高效的加工梯形螺纹的参数，下面以Tr40×6 为例介绍。

（1）梯形螺纹Tr40×6 的几何尺寸计算

梯形螺纹的计算式及其参数值：

牙顶间隙ac=0.5mm

大径（公称直径）d=40mm

中径d2=d-0.5p=37mm

小径d3=d-2h=40-2×（0.5×6+0.5）=33mm

牙高h3=0.5p+ac=3.5mm

牙顶宽a=0.366p=2.196mm

牙槽底宽w=0.366p-0.536ac=1.928mm

牙顶槽宽a1=6-2.196=3.804mm

由以上计算可知：螺纹的牙高为3.5mm、牙顶宽为2.2mm、牙槽顶宽为4.8mm，采用硬质合金的数控刀具车削，直进法。粗加工每次进给深度的参数为0.5mm，0.25mm，0.2mm，0.15mm，0.15mm，0.15mm，0.1mm，0.1mm，0.1mm，慢慢递减直到3.4mm，留0.1mm 的精车余量。机床的转速在120-150r/min 左右，这样有利于操作者的控制及保证设备的安全。由于是数控成型刀头，车刀的刀头宽度都是定值，車出的牙槽底宽也都是定值，然后采用左右借刀法（下面详细介绍），确保牙槽顶宽，左右分别留出余量0.2mm 为精车做准备。

下面详细介绍下左右借刀法：用游标卡尺测量牙顶宽，将测量所得的牙顶宽值减去理论牙顶宽值（W=2.196 ≈ 2.2），再减去两侧所留的精车余量（0.2 ～ 0.3 左右，精车余量由两侧面的表面质量来定，表面质量比较好时取0.2mm，表面比较粗糙时取0.3mm），也就是借刀的余量，将这个值除以2，就是每侧借刀的量。例如：现测得牙顶宽为4.2mm，则向左侧借刀量为[（4.2 - 2.2）- 0.3]/2=0.85mm。当切削深度为3mm，向左借刀量为0.85mm 加工时，梯形螺纹刀一个左侧刃及主切削刃，两条切削刃在受力，切削力不大。车完左侧，将小滑板先退后进（消除空行程）对应地在零线右边借刀0.85mm 车另一侧（也可分两至三刀将借刀量0.85mm车完）。

精车采用高速钢车刀。转速28r/min，精車槽底至尺寸，左右赶刀精车槽的两侧，确保螺纹中径尺寸达标。

5. 螺纹精度的控制

5.1 正确调整机床

（1）为了提高螺纹精度可以挑选精度较高、磨损较少的车床加工。也可用专用丝杆车床加工精度要求很高的丝杆。

（2）调整车床各部分的间隙，如各个滑板塞铁的配合间隙，开合螺母的燕尾导轨的配合间隙，更要减小机床主轴的轴向窜动、径向跳动和丝杠的轴向窜动。

5.2 正确刃磨和装夹刀具

（1）刀具刀尖角的刃磨与测量。螺纹车刀的刀尖角大小决定了螺纹的牙型角大小，直接影响着螺纹的精度。由于牙型角对刀尖角的限制并且刀尖处的面积又比较小，所以刃磨起来比较困难。为了保证刀尖角的准确度，在刃磨时需用角度样板反复校对。

（2）两侧刃后角的变化及解决方法。车削时，由于受到螺纹升角的影响，螺纹车刀的侧刃实际后角发生了变化。沿走刀方向那一面的后角等于车刀的刃磨后角减去螺纹升角，另一面的后角则要加上螺纹升角。针对以上特点，可采用一种能转动车刀角度的弹性刀架，可以减少车削时的振动以及扎刀现象，但因使用时刀块需要转动一定的角度，使得两侧刃高低不等，对螺纹牙型角有影响，故该方法只适用于粗加工。

（3）刀具安装对螺纹精度的影响。螺纹车刀的安装对螺纹精度也会产生一定的影响，如果车刀装不正则会导致螺纹半角产生误差。安装车刀时没有对准中心高，则会导致螺纹牙型角产生误差，针对这一问题，可以采用螺纹角度样板来校对刀，以保证螺纹车刀尖角的中心线与螺纹工件的轴线垂直。在使用砂轮刃磨车刀的刀尖角时，确保刀尖角关于车刀的中心线对称，在装刀时，用百分表校正车刀左侧非刃磨部分的直线度，即可有效地控制装刀偏差。

5.3 中径M 值的控制

梯形螺纹的测量主要是测量螺纹大径、牙型角和中径。前两者比较简单，在此就不详细说明，对于中径的测量我们采用的方法是：三针测量中径M 值。

在精加工过程中如何控制好M 值是关键，它能大大提高我们加工螺纹的效率和准确度，因此需要我们在平时研究出左右赶刀过程中，小滑板的进给的数值和中径M 值之间的关系。经过反复的实验测试我们找到他们俩之间的关系。他们的进给比例为小滑板赶一格0.05mm，中径M 值减小0.15mm左右。按照这个关系，我们在控制中径M 值上会更有把握，从而更好的控制梯形螺纹的加工精度。

6. 结论

在普通车床上加工梯形螺纹时，传统的加工方法存在较大的技术漏洞，难以保证车削加工的精准度，亟需进行技术改良。因此，在实际应用过程中，为提升车削加工效率和精度，应该注重刀具的选择，同时优化加工方法，提升操作者的整体素养。加强新技术的学习与推广，应该及时补充新工艺、新方法。