2.6.2螺纹车削方法分析

1.螺纹车削加工特点

螺纹数控加工不同于轮廓加工，其特点表现为：螺纹加工属于成形加工，同时参加的切削刃较长，易出现啃刀与扎刀现象，一般均需多刀切削完成；为保证导程（或螺距）准确，必须要有合适的切入与切出长度；螺纹加工的牙型及牙型角基本由刀具形状保证，因此，刀具的形状与正确安装直接影响螺纹牙型的质量；螺纹加工时的进给量与主轴转速必须保持严格的传动比，即F=P_h（mm/r），因此，加工时禁止使用恒线速度控制；螺纹切削加工的切削速度一般不高，以不出现积屑瘤或刀具塑性损坏为原则。

2.螺纹车削加工方式

螺纹存在右旋与左旋之分，其加工方式与主轴转向、刀具位置与进给方向有关。以外螺纹为例，其加工方式如图2-70所示。内螺纹的加工方式由读者自行分析。

图2-70 外螺纹加工方式

a）、d）右旋螺纹 b）、c）左旋螺纹

图2-70a所示为常见的右旋螺纹加工方式，主轴正转、前置正装或后置反装刀具、从右至左进给。若进给方向反向，则为左旋螺纹加工，如图2-70b所示。

图2-70c所示为左旋螺纹加工，主轴反转、前置反装或后置正装刀具、从右至左进给。若进给方向反向，则为右旋螺纹加工，如图2-70d所示。

3.螺纹车削进刀方式

（1）进刀方式 螺纹加工必须多刀切削，其进刀方式有以下几种，如图2-71所示。

图2-71 进刀方式

a）径向进刀 b）侧向进刀 c）改进式侧向进刀 d）左右侧交替进刀

1）径向进刀（图2-71a）是基础的进给方式，编程简单，左、右切削刃后刀面磨损均匀，牙型与刀头的吻合度高；但切屑控制困难，可能产生振动，刀尖处负荷大且温度高。适合于小螺距（导程）螺纹的加工以及螺纹的精加工。

2）侧向进刀（图2-71b）属较为基础的进刀方式，有专用的复合固定循环指令编程，可降低切削力，切屑排出控制方便；但由于纯单侧刃切削，左、右切削刃磨损不均匀，右侧后刀面磨损大。适合于稍大螺距（导程）螺纹的粗加工。

3）改进式侧向进刀（图2-71c）由于进刀方向的略微变化，使得右侧切削刃也参与一定程度的切削，一定程度上抑制了右侧后刀面的磨损，减小了切削热，改善了侧向进刀的不足。

4）左右侧交替进刀（图2-71d）的特点是左、右切削刃磨损均匀，能延长刀具寿命，切削排出控制方便；不足之处是编程稍显复杂。适用于大牙型、大螺距螺纹的加工，甚至可用于梯形螺纹的加工，在编程能力许可的情况下推荐使用。

另外，在加工梯形螺纹时还经常采用一种分层切削式进刀方式，参见图2-89和图2-91。

（2）进刀深度（又称切削深度）螺纹加工多次切削的进刀深度选取方式有两种——恒切削面积与恒切削深度进刀，如图2-72所示。

1）恒切削面积进刀，每次进刀的切削面积相等，即A_i=常数。该方法是数控车螺纹时最常用的方法，且通常加工效率最高；每次走刀的切削力均匀，有利于提高刀具寿命。

2）恒切削深度进刀，其每一刀的切削深度相等，即a_pi=常数。该方式切屑厚度不变，可优化切屑形状。不足之处是走刀次数较多，仅作为一种补充方案。

图2-72 进刀深度控制

a）恒切削面积 b）恒切削深度

4.螺纹车削刀具角度的分析与控制

螺纹车削加工由于进给量较大（导程/r），因此，其工作角度受螺旋升角ϕ的影响较大。

图2-73、图2-74所示为某高速钢材料磨制的米制螺纹和梯形螺纹整体车刀简图。图中均明显看出左侧刃后角大于右侧刃后角，图2-74b还可看出左侧刃前角小于右侧刃前角。另外，径向后角也是必需的，这是刃磨螺纹车刀时需考虑的问题，具体数值可参阅相关资料，这里不详细讨论。

图2-73 高速钢公制螺纹车刀简图

a）粗车刀 b）精车刀

图2-74 高速钢梯形螺纹车刀简图

a）粗车刀 b）精车刀

对于机夹可转位式螺纹车刀，这个问题是通过刀片下不同角度的刀垫实现的，如图2-75所示。图2-75a所示为调整原理，通过刀片倾斜安装调整左、右侧刃的后角。图2-74b为刀垫调整示意图，刀垫以1°递增，从-2°～+4°共7种规格，供不同螺纹升角螺纹加工的需要。

螺纹刀具的安装。首先，要求刀尖高度与主轴轴线等高（可借助于尾架顶尖高度对刀），误差控制在±0.15mm左右；其次，必须保证两侧刃角平分线与工件轴线垂直，可借助对刀样板，如图2-76所示，以保证螺纹的牙型半角α/2。

图2-75 机夹可转位车刀工作角度的调整

a）调整原理 b）刀垫调整示意图

图2-76 对刀样板对刀示意图

5.螺纹车削加工参数（切削用量与走刀次数）的确定原则(www.xing528.com)

（1）螺纹车削的切削速度 与刀具材料有关，高速钢刀具一般采用较低的切削速度，最高速度以不出现积屑瘤为原则；而硬质合金刀具可考虑采用较高的切削速度，一般要求低速不出现积屑瘤，高速不出现刀具切削刃的塑性变形。螺纹车削的切削速度控制必须采用恒转速切削。

（2）螺纹车削的进给速度 无选择的余地，必须严格等于螺纹的导程。螺纹的进给速度单位为mm/r。若采用每分钟进给方式，则v_f=P_hn（mm/min），即进给速度等于螺纹导程与主轴转速的乘积。

（3）螺纹车削时的背吃刀量与走刀次数 螺纹车削一般需多刀加工，多采用恒切削面积进刀方式，其背吃刀量递减。计算式如下：

1）总背吃刀量可按下式计算：

a_p=（0.61～0.62）P

2）总走刀次数可按表2-2的推荐值选取。

表2-2 螺纹加工总走刀次数推荐值

3）每次走刀的背吃刀量可按下式计算：

式中，Δa_pn为第n刀的背吃刀量，单位为mm；a_p为总背吃刀量（即牙型高度），单位为mm；n_ap为总走刀次数；K的取值为：第1刀取0.3，其后的第n刀取n-1。

例如某米制螺纹，螺距为2mm，牙型高度为1.21mm，拟切削6刀，试计算每刀的背吃刀量Δa_pn及其直径进刀量值。计算结果见表2-3。

表2-3 走刀顺序与背吃刀量计算结果

（4）第1刀与最后一刀背吃刀量的讨论 如下所述：

螺纹加工第一刀，由于刀具较尖，背吃刀量一般可取0.2～0.35mm。恒切削深度进刀方式，为兼顾后续的切削深度，背吃刀量多取0.12～0.18mm。

最后一刀属精加工，一般要求全刃切削，背吃刀量相对较小，一般可达0.05mm。对于高强度、高硬度、易加工硬化（如奥氏体不锈钢等）的工件材料，背吃刀量不宜小于0.08mm。

实际中，最后一刀可见无进给深度的空走刀，其主要用于修正加工过程中由于工艺系统弹性变形残留的加工余量（即修光），提高加工精度。这种加工方法刀具后刀面磨损严重，尽量少用。

（5）恒切削深度进刀方式（见图2-72b）背吃刀量与走刀次数确定方法 首先确定最后一刀的背吃刀量，然后按每刀0.12～0.18mm确定走刀次数。例如上文讨论的例子，总背吃刀量为1.21mm，若去除最后一刀的背吃刀量0.08mm，则剩余的背吃刀量分9刀加工时各刀的背吃刀量a_pi为（1.21-0.08）mm/9=0.125·mm。这里出现了除不尽的循环5，处理方式是第一刀略多一点，故最终结果为：a_p1=0.13mm，a_p（2～9）=0.125mm，a_p10=0.08mm。

（6）螺纹车削切入、切出长度的确定 由于机床进给伺服系统具有滞后特性，会在起始段和停止段出现螺纹螺距不规则现象，故应考虑合适的切入、切出长度，如图2-77所示。切入、切出长度的计算公式如下：

式中，P_h为螺纹导程，单位为mm；n为主轴转速，单位为r/min。

计算后的长度一般向上整数圆整。若需要快速估算可按L₁≥2P_h，L₂≥（1～1.5）P_h计算。

图2-77 切入、切出长度

6.螺纹车削切削参数的选择技巧与禁忌

1）采用机夹可转位车刀加工时，尽可能采用厂家产品样本上推荐的参数。

2）表2-2推荐的走刀次数n_ap仅供参考，若工件材料较硬，则可适当增加走刀次数。

3）最后一刀的背吃刀量一般应小于0.05mm。对于较硬的材料，或加工硬化明显的材料，如奥氏体不锈钢等，应大于0.08mm。

4）对于工艺系统刚性较差的螺纹加工，最后一刀也可考虑无背吃刀量的加工，以提高加工精度，但这将导致刀具后刀面磨损加剧。

5）对于需要提高切削效率的加工，在工艺系统刚性允许的情况下，可选择小于表2-2推荐值的走刀次数n_ap。当然是以牺牲刀具寿命为代价。

6）走刀次数与背吃刀量的选取不是一成不变的，应根据具体情况加以修正。

7）螺纹加工的主轴禁止使用恒线速度控制。

8）螺纹加工的切削热较大，一般应使用切削液冷却，并保证切削液可靠地喷射至加工区，如图2-78所示。

7.螺纹加工常见问题及解决办法

螺纹加工常见问题及解决方法见表2-4。

图2-78 冷却示意图

表2-4 螺纹加工常见问题及解决方法