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【摘要】文章首先阐述数控车床螺纹加工现状及局限性，然后探讨了数控车床螺纹加工原理，最后对数控车床螺纹加工方法的问题进行了探讨。
【关键词】数控车床；螺纹加工；方法
中图分类号：TG519文献标识码： A
一、前言
近年来，由于数控车床被广泛的应用在各个领域，所以，对数控车床螺纹加工的质量要求也就越来越高。我国在数控车床螺纹加工方法上取得了一定的成绩，但依然存在一些问题和不足。因此，科技不断发展的新时期下，我们要加大对数控车床螺纹加工方法的研究。
二、数控车床螺纹加工现状及局限性
在科技高速发展的今天，数控机床已经普遍运用于机械制造行业。如加工多线螺纹零件，若用普通车床加工的话，不仅加工麻烦，生产率低，工人劳动强度还很大，并且加工精度不高，不能满足技术要求；如果采用数控车床来加工，不仅操作简单，编程容易，还能大大减少操作工人的劳动强度，提高生产率，而且加工精度会更高。但是，在数控车床螺纹加工技术实际应用中，由于数控车床取消了丝杠的设计应用，却存在了很多不如普通车床实际加工方便的地方。例如数控车床车削螺纹时只能一次成形，车削过程中不能象普通车床一样随意改变转速，否则螺纹就要乱扣，就算是螺纹切削由于转速选择不当造成加工螺纹时发颤也不能改变转速；另外，还有螺纹工件一但卸下机床就不能再上数控车床修调加工了，因而存在很多不方便的地方。
三、数控车床螺纹加工原理
1、在普通车床加工螺纹时，主轴与进给机构之间存在机械上的定比传动关系，是由复杂的机械传动链来保证的。数控车床在设计上，简化了传动链，取消了主轴箱，主轴一般采用变频调速。在数控车床的螺纹加工中，主轴与刀架之间不存在机械上的定比传动关系，而是依靠数控系统控制伺服进给电机，保障Z轴进给速度与主轴的转速保持一线性比例关系。只有了解数控车床螺纹加工原理，按照操作规程使用数控车床，对螺纹加工中常见故障现象进行分析，“据理析象”，才能解决实际加工生产中出现的一些问题，提高加工效率。
数控车床进行螺纹切削时，主轴工作在转进给状态下，其实质是主轴的角位移与Z轴进给之间进行的插补。在数控车床中，一般采用光电编码器作为主轴角位移测量元件，通过机械部件与主轴连接，传动比为1：1，将编码器的Z脉冲（也称“一转信号”）作为主轴位置信号，经数控系统处理后驱动刀架运动。主轴脉冲发生器送出两组信号脉冲，一组为计数脉冲，CK6140数控车床配置1200线主轴编码器，即每转送出1200个计数脉冲，另一组为主轴基准脉冲，每转送出一个同步脉冲信号。车削螺纹时，数控系统检测到主轴基准脉冲同步信号到来时开始切削，否则处于等待状态。这样就保证螺纹加工时每次切削的初始位置在工件圆周的同一个位置上，以保证各次切削的螺纹牙形相重合，防止了多次切削乱扣现象发生。在数控系统中，完成螺纹加工的要素为：主轴转速n和螺纹导程t，进给速度F=n*t；。即主轴每转一圈，Z轴进给一个导程，主轴的旋转与进给轴必须保持严格的比例关系。基准脉冲同步信号极为重要，它是保证在螺纹加工每次切削的初始位置在工件的同一个位置上，防止了“乱扣”现象发生。
2、数控车床螺纹加工切削原理分析
能不能找到一种克服数控车床这种加工不足的方法呢? 经过仔细观察分析，发现数控车床螺纹加工时是由主轴上的位置编码器与主轴转速同步来加工螺纹的，为什么在加工中改变主轴转速螺纹要乱扣呢? 通常，螺纹切削是沿着同样的刀具轨迹从粗切到精切重复进行的。因为螺纹切削是在主轴上的位置编码器输出一转信号时开始的，所以螺纹切削是从固定点开始且刀具在工件上的轨迹不变而重复切削螺纹。由于螺纹切入时系统有一个响应时间，而在同一个响应时间内，主轴的速度快慢不同，切入的角度也就不同，因而主轴速度从粗切到精切必须保持恒定，否则螺纹乱扣。
四、螺纹加工前的工作
1、加工工艺分析
在数控车床上加工螺纹,首先要制订合理的工艺方案,然后才能进行编程和加工。工艺方案的好坏不仅会影响数控车床效率的发挥,而且将直接影响到螺纹的加工质量。
（1）走刀路线及进刀方式的确定
在数控车床上车螺纹时,要根据工件形状的复杂性考虑走刀路线,在加工过程中是否有干涉或者碰撞等现象,根据实际情况采用适合的编程指令,而且尽可能高速度高效率地完成加工避免走空刀。其次要看螺纹的牙形及导程或螺距选择加工的进刀方式,一般情况下当螺距P<3mm时,采用直进法即G32或G92指令编程；螺距P＞3mm时,采用斜进法即G76指令编程。
（2）螺纹车刀的选择
螺纹车刀的选择直接影响加工质量的好坏。在保证加工螺纹的高质量高效率的前提下應根据工件的材料来确定刀具的材料,而最常用的车刀材质有高速钢和硬质合金。在车削塑性材料螺纹工件时,应选用高速钢螺纹车刀,而硬度高脆性稍高的加工材料选用硬质合金螺纹车刀。高速钢螺纹车刀的切削用量比较小,刃磨方便、切削刃锋利、韧性好,能承受较大的切削冲击力,加工的螺纹表面粗糙度小。但它的耐热性差,不宜高速车削。所以一般适合于大螺距的螺纹加工如梯形螺纹。硬质合金螺纹车刀的硬度高、耐磨性好、耐高温,但抗冲击能力差,它适合于小螺距三角形螺纹加工。数控车床一般选用硬质合金可转位车刀。螺纹车刀属于成形刀具,要保证螺纹牙型的精度,必须正确刃磨和安装车刀。
（3）切削用量的选择
主轴转速的确定在车削螺纹时,车床的主轴转速将受到螺纹的螺距(或导程)大小、驱动电机的升降频特性及螺纹插补运算速度等多种因素影响,故对于不同的数控系统,推荐有不同的主轴转速选择范围。如大多数经济型车床数控系统推荐车螺纹时的主轴转速如下:n≤1200/P一K式中:P是螺纹的螺距(mm)；K是保险系数,一般取为80。
背吃刀量的选择确定螺纹的切削次数。螺纹加工中的走刀次数和背吃刀量会直接影响螺纹的加工质量,一般情况下工件材料的硬度、强度越高背吃刀量就越小,切削次数越多；同样,刀具材质不同背吃刀量也不同,如加工同样材质同样螺距的螺纹,高速钢的背吃刀量可略高于硬质合金的背吃刀量,但主轴转数要大大低于硬质合金车刀车削时的主轴转数。
2、螺纹的检查
螺纹加工完成后要检查它的合格性。三角形螺纹的检测最普遍的就是用环规检测法。通规必须全部旋人,而止规旋人的部分只能是止规厚度的1/3至2/3厚即可。梯形螺纹的检测方法一般用的是三针测量法。主要检测螺纹的中径是否在允许的范围内。
五、数控车床螺纹加工方法
1、螺纹的自动加工是数控车床的基本功能。它与普通车床的螺纹加工不同,是靠数控系统控制伺服电机驱动刀架的进给,与主轴的旋转相配合,切削出所需的螺纹。在编程过程中只要给出螺纹的起点、终点坐标和螺距P,数控系统就可以实现螺纹的自动加工。在螺纹加工过程中必须要解决以下三个问题:
(1)要加工出所需的螺纹深度,一般要经过多次切削才能完成,要求每次开始进刀的工作坐标位置必须相同。
(2)当切制多头螺纹时(应错开相应的螺距),数控系统应能准确分度。
(3)主轴每转一圈,螺纹车刀必须沿纵向进给一个导程S。
这些问题的解决是靠安装在主轴尾部的增量式光电编码器来实现的。
2、增量式光电编码器工作原理
增量式光电编码器的工作原理是利用光电原理把机械角位移变换成电脉冲信号,结构如a)图所示。其中,E为等节距的辐射状透光狭缝圆盘,狭缝越多则分辨率越高。它由同步带带动,并与主轴同步转动。Q1和Q2为光源,DA、DB、DC为光电元件。其中,DA和DB错开90b安装。其目的是利用A相、B相的相位先后来判别编码器的旋转方向,如图b)和图c)所示。
在转动过程中只要有光透过圆盘狭缝,每转过一个分辨角就发出一个脉冲信号,实现了由光到电的转换,这样数控系统就可以得到连续的脉冲。C相的脉冲为基准脉冲,编码器旋转一周,可以产生一个零脉冲信号。
4、螺纹加工举例
设要加工M12的螺纹,螺距为2mm,螺纹的头数为2。脉冲编码器转一转能发出2000个脉冲,系统的脉冲当量值为0.01mm,这样螺纹刀要沿Z向移动一个导程4mm,系统就必须发出4/0.01=400个进给脉冲。在加工第一条螺纹时,当螺纹刀到达螺纹的起点后,系统先扫描编码器的C相信号,检测到信号后则进行加工,否则等待,保证了每次进刀点一致,避免了乱扣的现象。同时,要把编码器每转的脉冲数2000和螺纹的导程所需的脉冲当量数400的比值5存入数控系统的计数器中,这样系统每检测到5个A相脉冲信号,就发出一个进给脉冲使刀架移动0.01mm。从而保证了主轴转一转,能够加工出一个导程的螺纹。在加工第二条螺纹时,为避免乱扣,当螺纹刀到达螺纹的起点且扫描到编码器的C相信号时,并不进刀,而是接着扫描到A相的第(2-1)*(2000/2)=1000个脉冲时才进刀,保证了螺纹的头数是2头。
六、建议
数控机床以高效率、高精度和高表面质量为基本特征,在航天航空、煤矿工业、模具制造和光电工程等行业中获得了越来越广泛的应用,并已取得了较大的技术经济效益,是当代先进制造技术的重要组成部分。螺纹联接在机械制造和仪器的制造中应用得非常广泛,加工精度也比较高,数控车床在螺纹加工中因有收尾功能应用非常普遍,为了提高螺纹加工的精度,分析数控车床车削螺纹中的影响因素就很有必要。根据数控车床加工螺纹过程中影响螺纹精度的主要因素,结合实际操作经验,欲从积屑瘤对螺纹切削过程的影响,车床本身几何加工精度的故障排除和丝杠运动间隙补偿等几个方面来提高数控车床车削螺纹精度的方法。
七、结束语
综上所述，数控车床螺纹加工方法比较复杂。因此，为了使加工出来的螺纹符合标准，我们要加大提高数控车床的技术水平，确保螺纹加工的质量。
参考文献
[1]高荣.提高经济型数控车床车车削质量的措施[J].煤矿机械,2012(8):69-71.
[2]牟娟,吴俊恩,雷发林.经济型数控车床车削螺纹理论和试验研究[J].现代制造技术与装备,2010(6):16-17.
[3]徐创文,穆玺清.数控车床螺纹加工方法[J].阀门,2012(3):25-27.
[4]高枫.数控车削编程与操作训练[J].高等教育出版社,2011（2）：229.
[5]于华.数控机床的编程及实例[J].机械出版社,2009（3）：102-105.
[6]方沂.数控机床编程与操作[J].国防工业出版社，2010（3）：64-68.
[7]黄丽芬.数控車床编程与操作[J].中国劳动社会保障出版社，2013（9）：79-82.
【关键词】数控车床；螺纹加工；方法
中图分类号：TG519文献标识码： A
一、前言
近年来，由于数控车床被广泛的应用在各个领域，所以，对数控车床螺纹加工的质量要求也就越来越高。我国在数控车床螺纹加工方法上取得了一定的成绩，但依然存在一些问题和不足。因此，科技不断发展的新时期下，我们要加大对数控车床螺纹加工方法的研究。
二、数控车床螺纹加工现状及局限性
在科技高速发展的今天，数控机床已经普遍运用于机械制造行业。如加工多线螺纹零件，若用普通车床加工的话，不仅加工麻烦，生产率低，工人劳动强度还很大，并且加工精度不高，不能满足技术要求；如果采用数控车床来加工，不仅操作简单，编程容易，还能大大减少操作工人的劳动强度，提高生产率，而且加工精度会更高。但是，在数控车床螺纹加工技术实际应用中，由于数控车床取消了丝杠的设计应用，却存在了很多不如普通车床实际加工方便的地方。例如数控车床车削螺纹时只能一次成形，车削过程中不能象普通车床一样随意改变转速，否则螺纹就要乱扣，就算是螺纹切削由于转速选择不当造成加工螺纹时发颤也不能改变转速；另外，还有螺纹工件一但卸下机床就不能再上数控车床修调加工了，因而存在很多不方便的地方。
三、数控车床螺纹加工原理
1、在普通车床加工螺纹时，主轴与进给机构之间存在机械上的定比传动关系，是由复杂的机械传动链来保证的。数控车床在设计上，简化了传动链，取消了主轴箱，主轴一般采用变频调速。在数控车床的螺纹加工中，主轴与刀架之间不存在机械上的定比传动关系，而是依靠数控系统控制伺服进给电机，保障Z轴进给速度与主轴的转速保持一线性比例关系。只有了解数控车床螺纹加工原理，按照操作规程使用数控车床，对螺纹加工中常见故障现象进行分析，“据理析象”，才能解决实际加工生产中出现的一些问题，提高加工效率。
数控车床进行螺纹切削时，主轴工作在转进给状态下，其实质是主轴的角位移与Z轴进给之间进行的插补。在数控车床中，一般采用光电编码器作为主轴角位移测量元件，通过机械部件与主轴连接，传动比为1：1，将编码器的Z脉冲（也称“一转信号”）作为主轴位置信号，经数控系统处理后驱动刀架运动。主轴脉冲发生器送出两组信号脉冲，一组为计数脉冲，CK6140数控车床配置1200线主轴编码器，即每转送出1200个计数脉冲，另一组为主轴基准脉冲，每转送出一个同步脉冲信号。车削螺纹时，数控系统检测到主轴基准脉冲同步信号到来时开始切削，否则处于等待状态。这样就保证螺纹加工时每次切削的初始位置在工件圆周的同一个位置上，以保证各次切削的螺纹牙形相重合，防止了多次切削乱扣现象发生。在数控系统中，完成螺纹加工的要素为：主轴转速n和螺纹导程t，进给速度F=n*t；。即主轴每转一圈，Z轴进给一个导程，主轴的旋转与进给轴必须保持严格的比例关系。基准脉冲同步信号极为重要，它是保证在螺纹加工每次切削的初始位置在工件的同一个位置上，防止了“乱扣”现象发生。
2、数控车床螺纹加工切削原理分析
能不能找到一种克服数控车床这种加工不足的方法呢? 经过仔细观察分析，发现数控车床螺纹加工时是由主轴上的位置编码器与主轴转速同步来加工螺纹的，为什么在加工中改变主轴转速螺纹要乱扣呢? 通常，螺纹切削是沿着同样的刀具轨迹从粗切到精切重复进行的。因为螺纹切削是在主轴上的位置编码器输出一转信号时开始的，所以螺纹切削是从固定点开始且刀具在工件上的轨迹不变而重复切削螺纹。由于螺纹切入时系统有一个响应时间，而在同一个响应时间内，主轴的速度快慢不同，切入的角度也就不同，因而主轴速度从粗切到精切必须保持恒定，否则螺纹乱扣。
四、螺纹加工前的工作
1、加工工艺分析
在数控车床上加工螺纹,首先要制订合理的工艺方案,然后才能进行编程和加工。工艺方案的好坏不仅会影响数控车床效率的发挥,而且将直接影响到螺纹的加工质量。
（1）走刀路线及进刀方式的确定
在数控车床上车螺纹时,要根据工件形状的复杂性考虑走刀路线,在加工过程中是否有干涉或者碰撞等现象,根据实际情况采用适合的编程指令,而且尽可能高速度高效率地完成加工避免走空刀。其次要看螺纹的牙形及导程或螺距选择加工的进刀方式,一般情况下当螺距P<3mm时,采用直进法即G32或G92指令编程；螺距P＞3mm时,采用斜进法即G76指令编程。
（2）螺纹车刀的选择
螺纹车刀的选择直接影响加工质量的好坏。在保证加工螺纹的高质量高效率的前提下應根据工件的材料来确定刀具的材料,而最常用的车刀材质有高速钢和硬质合金。在车削塑性材料螺纹工件时,应选用高速钢螺纹车刀,而硬度高脆性稍高的加工材料选用硬质合金螺纹车刀。高速钢螺纹车刀的切削用量比较小,刃磨方便、切削刃锋利、韧性好,能承受较大的切削冲击力,加工的螺纹表面粗糙度小。但它的耐热性差,不宜高速车削。所以一般适合于大螺距的螺纹加工如梯形螺纹。硬质合金螺纹车刀的硬度高、耐磨性好、耐高温,但抗冲击能力差,它适合于小螺距三角形螺纹加工。数控车床一般选用硬质合金可转位车刀。螺纹车刀属于成形刀具,要保证螺纹牙型的精度,必须正确刃磨和安装车刀。
（3）切削用量的选择
主轴转速的确定在车削螺纹时,车床的主轴转速将受到螺纹的螺距(或导程)大小、驱动电机的升降频特性及螺纹插补运算速度等多种因素影响,故对于不同的数控系统,推荐有不同的主轴转速选择范围。如大多数经济型车床数控系统推荐车螺纹时的主轴转速如下:n≤1200/P一K式中:P是螺纹的螺距(mm)；K是保险系数,一般取为80。
背吃刀量的选择确定螺纹的切削次数。螺纹加工中的走刀次数和背吃刀量会直接影响螺纹的加工质量,一般情况下工件材料的硬度、强度越高背吃刀量就越小,切削次数越多；同样,刀具材质不同背吃刀量也不同,如加工同样材质同样螺距的螺纹,高速钢的背吃刀量可略高于硬质合金的背吃刀量,但主轴转数要大大低于硬质合金车刀车削时的主轴转数。
2、螺纹的检查
螺纹加工完成后要检查它的合格性。三角形螺纹的检测最普遍的就是用环规检测法。通规必须全部旋人,而止规旋人的部分只能是止规厚度的1/3至2/3厚即可。梯形螺纹的检测方法一般用的是三针测量法。主要检测螺纹的中径是否在允许的范围内。
五、数控车床螺纹加工方法
1、螺纹的自动加工是数控车床的基本功能。它与普通车床的螺纹加工不同,是靠数控系统控制伺服电机驱动刀架的进给,与主轴的旋转相配合,切削出所需的螺纹。在编程过程中只要给出螺纹的起点、终点坐标和螺距P,数控系统就可以实现螺纹的自动加工。在螺纹加工过程中必须要解决以下三个问题:
(1)要加工出所需的螺纹深度,一般要经过多次切削才能完成,要求每次开始进刀的工作坐标位置必须相同。
(2)当切制多头螺纹时(应错开相应的螺距),数控系统应能准确分度。
(3)主轴每转一圈,螺纹车刀必须沿纵向进给一个导程S。
这些问题的解决是靠安装在主轴尾部的增量式光电编码器来实现的。
2、增量式光电编码器工作原理
增量式光电编码器的工作原理是利用光电原理把机械角位移变换成电脉冲信号,结构如a)图所示。其中,E为等节距的辐射状透光狭缝圆盘,狭缝越多则分辨率越高。它由同步带带动,并与主轴同步转动。Q1和Q2为光源,DA、DB、DC为光电元件。其中,DA和DB错开90b安装。其目的是利用A相、B相的相位先后来判别编码器的旋转方向,如图b)和图c)所示。
在转动过程中只要有光透过圆盘狭缝,每转过一个分辨角就发出一个脉冲信号,实现了由光到电的转换,这样数控系统就可以得到连续的脉冲。C相的脉冲为基准脉冲,编码器旋转一周,可以产生一个零脉冲信号。
4、螺纹加工举例
设要加工M12的螺纹,螺距为2mm,螺纹的头数为2。脉冲编码器转一转能发出2000个脉冲,系统的脉冲当量值为0.01mm,这样螺纹刀要沿Z向移动一个导程4mm,系统就必须发出4/0.01=400个进给脉冲。在加工第一条螺纹时,当螺纹刀到达螺纹的起点后,系统先扫描编码器的C相信号,检测到信号后则进行加工,否则等待,保证了每次进刀点一致,避免了乱扣的现象。同时,要把编码器每转的脉冲数2000和螺纹的导程所需的脉冲当量数400的比值5存入数控系统的计数器中,这样系统每检测到5个A相脉冲信号,就发出一个进给脉冲使刀架移动0.01mm。从而保证了主轴转一转,能够加工出一个导程的螺纹。在加工第二条螺纹时,为避免乱扣,当螺纹刀到达螺纹的起点且扫描到编码器的C相信号时,并不进刀,而是接着扫描到A相的第(2-1)*(2000/2)=1000个脉冲时才进刀,保证了螺纹的头数是2头。
六、建议
数控机床以高效率、高精度和高表面质量为基本特征,在航天航空、煤矿工业、模具制造和光电工程等行业中获得了越来越广泛的应用,并已取得了较大的技术经济效益,是当代先进制造技术的重要组成部分。螺纹联接在机械制造和仪器的制造中应用得非常广泛,加工精度也比较高,数控车床在螺纹加工中因有收尾功能应用非常普遍,为了提高螺纹加工的精度,分析数控车床车削螺纹中的影响因素就很有必要。根据数控车床加工螺纹过程中影响螺纹精度的主要因素,结合实际操作经验,欲从积屑瘤对螺纹切削过程的影响,车床本身几何加工精度的故障排除和丝杠运动间隙补偿等几个方面来提高数控车床车削螺纹精度的方法。
七、结束语
综上所述，数控车床螺纹加工方法比较复杂。因此，为了使加工出来的螺纹符合标准，我们要加大提高数控车床的技术水平，确保螺纹加工的质量。
参考文献
[1]高荣.提高经济型数控车床车车削质量的措施[J].煤矿机械,2012(8):69-71.
[2]牟娟,吴俊恩,雷发林.经济型数控车床车削螺纹理论和试验研究[J].现代制造技术与装备,2010(6):16-17.
[3]徐创文,穆玺清.数控车床螺纹加工方法[J].阀门,2012(3):25-27.
[4]高枫.数控车削编程与操作训练[J].高等教育出版社,2011（2）：229.
[5]于华.数控机床的编程及实例[J].机械出版社,2009（3）：102-105.
[6]方沂.数控机床编程与操作[J].国防工业出版社，2010（3）：64-68.
[7]黄丽芬.数控車床编程与操作[J].中国劳动社会保障出版社，2013（9）：79-82.