在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，利用數(shù)控車床加工螺紋，能大大提高生產(chǎn)效率、保證螺紋加工精度，減輕操作工人的勞動強(qiáng)度。但在高職院校的數(shù)控車床實習(xí)培訓(xùn)教學(xué)中普遍存在如下現(xiàn)象：部分教師和絕大多數(shù)學(xué)生對螺紋加工感到棘手，特別是加工多頭螺紋，更加無所適從。下面通過螺紋零件的實際加工分析，闡述多頭螺紋的加工步驟和方法。
一、螺紋的基本特性
在機(jī)械制造中，螺紋聯(lián)接被廣泛應(yīng)用，例如數(shù)控車床的主軸與卡盤的聯(lián)結(jié)，方刀架上螺釘對刀具的堅固，絲杠螺母的傳動等。它是在圓柱或圓錐表面上沿著螺旋線所形成的具有規(guī)定牙型的連續(xù)凸起和溝槽，有外螺紋和內(nèi)螺紋兩種。按照螺紋剖面形狀的不同，主要有三角螺紋、梯形螺紋、鋸齒螺紋和矩形螺紋四種。按照螺紋的線數(shù)不同，又可分為單線螺紋和多線螺紋。在各種機(jī)械中，螺紋零件的作用主要有以下幾點：一是用于連接、緊固;二是用于傳遞動力，改變運(yùn)動形式。三角螺紋常用于連接、堅固;梯形螺紋和矩形螺紋常用于傳遞動力，改變運(yùn)動形式。由于用途不同，它們的技術(shù)要求和加工方法也不一樣。
二、加工方法
螺紋的加工，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，除采用普通機(jī)床加工外，常采用數(shù)控機(jī)床加工。這樣既能減輕加工螺紋的加工難度又能提高工作效率，并且能保證螺紋加工質(zhì)量。數(shù)控機(jī)床加工螺紋常用G32、G92和G76三條指令。其中指令G32用于加工單行程螺紋，編程任務(wù)重，程序復(fù)雜;而采用指令G92，可以實現(xiàn)簡單螺紋切削循環(huán)，使程序編輯大為簡化，但要求工件坯料事先必須經(jīng)過粗加工。指令G76，克服了指令G92的缺點，可以將工件從坯料到成品螺紋一次性加工完成。且程序簡捷，可節(jié)省編程時間。
在普通車床上進(jìn)行多頭螺紋車削一直是一個加工難點：當(dāng)?shù)谝粭l螺紋車成之后，需要手動進(jìn)給小刀架并用百分表校正，使刀尖沿軸向精確移動一個螺距再加工第二條螺紋;或者打開掛輪箱，調(diào)整齒輪嚙合相位，再依次加工其余各頭螺紋。受普通車床絲杠螺距誤差、掛輪箱傳動誤差、小拖板移動誤差等多方面的影響，多頭螺紋的導(dǎo)程和螺距難以達(dá)到很高的精度。而且，在整個加工過程中，不可避免地存在刀具磨損甚至打刀等問題，一旦換刀，新刀必須精確定位在未完成的那條螺紋線上。這一切都要求操作者具備豐富的經(jīng)驗和高超的技能。然而，在批量生產(chǎn)中，單靠操作者的個人經(jīng)驗和技能是不能保證生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的。在制造業(yè)現(xiàn)代化的今天，高精度數(shù)控機(jī)床和高性能數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用使許多普通機(jī)床和傳統(tǒng)工藝難以控制的精度變得容易實現(xiàn)，而且生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量也得到了很大程度的保證。
三、實例分析
現(xiàn)以FANUC系統(tǒng)的GSK980T車床，加工螺紋M30×3/2-5g6g為例，說明多頭螺紋的數(shù)控加工過程：
工件要求：螺紋長度為25mm，兩頭倒角為2×45°、牙表面粗糙度為Ra3.2的螺紋。采用的材料是為45#圓鋼坯料。
1.準(zhǔn)備工作。通過對加工零件的分析，利用車工手冊查找M30×3/2-5g6g的各項基本參數(shù)：該工件是導(dǎo)程為3mm紋且螺距為1.5(該參數(shù)是查表的重要依據(jù))的雙線螺;大徑為30，公差帶為6g，查得其尺寸上偏差為-0.032、下偏差為-0.268、公差有0.236，公差要求較松；中徑為29.026，公差帶為5 g，查得其尺寸上偏差為-0.032、下偏差為-0.150，公差為0.118，公差要求較緊;小徑按照大徑減去車削深度確定。螺紋的總背吃刀量ap與螺距的關(guān)系近經(jīng)驗公式ap≈0.65P，每次的背吃刀量按照初精加工及材料來確定。大徑是車削螺紋毛壞外圓的編程依據(jù)，中徑是螺紋尺寸檢測的標(biāo)準(zhǔn)和調(diào)試螺紋程序的依據(jù)，小徑是編制螺紋加工程序的依據(jù)。兩邊留有一定尺寸的車刀退刀槽。
2、正確選擇加工刀具。螺紋車刀的種類、材質(zhì)較多，選擇時要根據(jù)被加工材料的種類合理選用，材料的牌號要根據(jù)不同的加工階段來確定。對于45#圓鋼材質(zhì)，宜選用YT15硬質(zhì)合金車刀，該刀具材料既適合于粗加工也適合于精加工，通用性較強(qiáng)，對數(shù)控車床加工螺紋而言是比較適合的。另外，還需要考慮螺紋的形狀誤差與磨制的螺紋車刀的角度、對稱度。車削45鋼螺紋，刃傾角為10°，主后角為6°，副后角為4°，刀尖角為59°16’，左右刃為直線，而刀尖圓弧半徑則由公式R=0.144P確定(其中P為螺距)，刀尖圓角半徑很小在磨制時要特別細(xì)心。
四、多頭螺紋加工方法及程序設(shè)計
多頭螺紋的編程方法和單頭螺紋相似，采用改變切削螺紋初始位置或初始角來實現(xiàn)。假定毛坯已經(jīng)按要求加工，螺紋車刀為T0303，采用如下兩種方法來進(jìn)行編程加工。
1.用G92指令來加工圓柱型多頭螺紋。G92指令是簡單螺紋切削循環(huán)指令，我們可以利用先加工一個單線螺紋，然后根據(jù)多頭螺紋的結(jié)構(gòu)特性，在Z軸方向上移過一個螺距，從而實現(xiàn)多頭螺紋的加工。程序編輯如圖。(工件原點設(shè)在右端面中心)
2.用G33指令來加工圓柱型多頭螺紋。用G33指令來編程時，除了考慮螺紋導(dǎo)程(F值)外，還要考慮螺紋的頭數(shù)(P值)來說明螺紋軸向的分度角。
式中：X、Z——絕對尺寸編程的螺紋終點坐標(biāo)(采用直徑編程)。
U、W——增量尺寸編程的螺紋終點坐標(biāo)(采用直徑編程)
F——螺紋的導(dǎo)程
P——螺紋的頭數(shù)
3.多頭螺紋加工的控制因素。在運(yùn)用程序加工多頭中，要特別注意對以下問題的控制：
(1)主軸轉(zhuǎn)速S280的確定。由于數(shù)控車床加工螺紋是依靠主軸編碼器工作的，主軸編碼器對不同導(dǎo)程的螺紋在加工時的主軸轉(zhuǎn)速有一個極限識別要求，要用經(jīng)驗公式S 1200/P-80來確定(式中P為螺紋的導(dǎo)程)，S不能超過320r/min，故取S280 r/min。
(2)表面粗糙度要求。螺紋加工的最后一刀基本采用重復(fù)切削的辦法，這樣可以獲得更光滑的牙表面，達(dá)到Ra3.2要求。
(3)批量加工過程控制。對試件切削運(yùn)行程序之前除正常要求對刀外，在FANUC數(shù)控系統(tǒng)中要設(shè)定刀具磨損值在0.3～0.6之間，第一次加工完后用螺紋千分尺進(jìn)行精密測量并記錄數(shù)據(jù)，將磨損值減少0.2，進(jìn)行第二次自動加工，并將測量數(shù)據(jù)記錄，以后將磨損補(bǔ)償值的遞減幅度減少并觀察它的減幅與中徑的減幅的關(guān)系，重復(fù)進(jìn)行，直至將中徑尺寸調(diào)試到公差帶的中心為止。在以后的批量加工中，尺寸的變化可以用螺紋環(huán)規(guī)抽檢，并通過更改程序中的X數(shù)據(jù)，也可以通過調(diào)整刀具磨損值進(jìn)行補(bǔ)償。
