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摘要：本文研究了积屑瘤、机床和刀具等因素对数控车床螺纹加工精度产生的影响，通过实践经验，总结了提高数控车床车削螺纹精度的一些方法，从而提高数控车床螺纹零件的加工精度。
关键词：数控车床 螺纹 加工精度 研究
1 积屑瘤对螺纹短节切削过程的影响
1.1产生及影响
积屑瘤是被切金属在切削区的高压和大摩擦力作用下与刀具刃口附近的前刀面上粘结形成的。这块金属受到加工硬化的影响，其硬度可比基体高2～3倍，因此可以代替刀刃切削。积屑瘤在切削过程中是不稳定的。由于积屑瘤是在很大的压力、强烈摩擦和剧烈的金属变形的条件下产生的。因而，切削条件也必然通过这些作用而影响积屑瘤的产生、长大与消失。
影响积屑瘤的主要因素有：
（1）工件材料。当工件材料的硬度低、塑性大时，切削过程中的金属变形大，切屑与前刀面间的摩擦系数和接触区长度比较大。在这种条件下，易产生积屑瘤。当工件塑性小、硬度较高时，积屑瘤产生的可能性和积屑瘤的高度也减小，如淬火钢。切削脆性材料时产生积屑瘤的可能更小。
（2）刀具前角。刀具前角增大，可以减小切屑的变形、切屑与前刀面的摩擦、切削力和切削热，可以抑制积屑瘤的产生或减小积屑瘤的高度。据有关资料介绍，刀具前角γ0 ≥40°时，积屑瘤产生的可能就小。
（3）切削速度。切削速度主要是通过切削温度和摩擦系数来影响积屑瘤的。当刀具没有负倒棱时，在极低的切削速度条件下，不产生积屑瘤。
4）切削厚度。切塑性材料时，切削力、切屑与前刀面接触区长度都将随切削厚度的增加而增大， 将增加生成积屑瘤的可能性。所以，在精加工时除选取较大的刀具前角，在避免积屑瘤的产生切削速度范围内切削外，应采用减小进给量或刀具主偏角来减小切削厚度。
1.2积屑瘤的防止措施
积屑瘤在它相对稳定时，增大了实际工作前角，还可降低切削力和热，对粗加工螺纹有利。可在精加工螺纹时，由于积屑瘤在切削过程中，生长、长大、消失，不断改善刀尖和刃口的形状，破坏了已加工表面的质量，使粗糙度增大，造成产品质量不合格。
（1）降低或提高切削速度。这样就可以使切削温度低于或高于积屑瘤产生的相对温度区域，控制它的产生。由实验可知，切削一般钢材时，切削速度Vc > 120 m /min或Vc < 5 m /m in已加工表面粗糙度低，说明刀具上积屑瘤很小或没有。
（2）采用润滑性能好的切削液。切削易产生积屑瘤的工件材料时，采用润滑性能好的极压切削油或植物油，可使切屑和刀具间形成润滑膜的吸附膜。大大减少它们间的摩擦，在刀具上也不易产生积屑瘤。
（3）增大刀具前角。积屑瘤是在比较高的压力和适宜的温度下产生的。当前角增大后，就可以减小切屑与刀具前刀面接触区的压力，使切削力减小，切削温度降低，积屑瘤生成的可能就会减小。
（4）降低前刀面的表面粗糙度。这样可以减小切屑与前刀面的摩擦，使切屑不易生成。
2 故障排除改进措施
2.1产生故障原因
经济型数控车床螺纹生产中经常会遇到加工精度异常的故障。此类故障隐蔽性强、诊断难度大。导致此类故障的原因主要有五个方面：
（1）机床进给单位被改动或变化；（2）机床各轴的零点偏置（NULL OFFSET）异常；（3）轴向的反向间隙（BACKLASH ）异常；（4）电机运行状态异常， 即电气及控制部分故障；（5）机械故障， 如丝杆、轴承、轴联器等部件。此外，加工程序的编制、刀具的选择及人为因素，也可能导致加工精度异常。
2. 1. 1系统参数发生变化或改动系统参数主要包括机床进给单位、零点偏置、反向间隙等等。
2. 1. 2机械故障导致的加工精度异常一台THM6350卧式加工中心，采用FANUC 0 i-MA数控系统。一次在铣削汽轮机叶片的过程中，突然发现Z轴进给异常，造成至少1 mm的切削误差量。
2.2解决方法
根据实际经验，综合分析认为，主要应对以下几方面逐一进行检查。
（1）检查机床精度异常时正运行的加工程序段， 特别是刀具长度补偿、加工坐标系（G54～ G59）的校对及计算；
（2）在点动方式下， 反复运动Z轴， 经过视、触、听对其运动状态诊断，发现Z向运动声音异常， 特别是快速点动， 噪声更加明显。由此判断，机械方面可能存在隐患；
（3）检查机床Z轴精度。用手脉发生器移动Z轴（将手脉倍率定为1×100的挡位，即每变化一步，电机进给0. 1mm，配合百分表观察Z轴的运动情况。在单向运动精度保持正常后作为起始点的正向运动，手脉每变化一步，机床Z轴运动的实际距离d= d1 = d2 = d3。。。 = 0. 1mm， 说明电机运行良好，定位精度良好。
数控车床在加工过程中，车床本身的运动精度是影响被加工零件精度的一个重要因素。如： 大溜板在纵向移动时对机床主轴轴线的平行度会造成零件的锥度误差，中溜板在横向移动时对机床主轴轴线的垂直度会造成零件的端面垂直度和跳动误差。数控车床加工可使用G01直线插补指令来补偿车床本身产生的原始误差，即使用G01指令运行产生径向尺寸差来弥补大溜板纵向移动时产生的平行度误差； 使用G01指令运行产生轴向尺寸差来弥补中溜板横向移动时产生的垂直度误差。按补偿编程轨迹编程，由于溜板运行时存在平行度和垂直度误差，加工时刀具所走轨迹趋近于零件理论轮廓，这样就弥补了机床存在的误差， 提高了车削加工精度。
3 丝杠进给运动间隙的补偿
数控车床加工螺纹时，刀具的纵、横向进给是由步进电机控制纵、横向丝杠转动带动大、中溜板移动来实现的，由于纵向和横向丝杠存在丝杠间隙，致使产生螺纹加工精度误差，因此必须进行补偿和消除，以保证刀具的准确螺距位移量。主要措施有：
（1）适当加大数控车床丝杠的转速、导程和螺纹头数。目前常用大导程滚珠丝杠名义直径与导程的匹配为： 40 mm×20mm， 50mm×25mm，50mm×30mm等，其进给速度均可达到60 m /min以上。为了提高滚珠丝杠的刚度和承载能力，大导程滚珠丝杠一般采用双头螺纹，以提高滚珠的有效承载圈数。
（2）改进结构，提高滚珠运动的流畅性。改进滚珠循环反向装置， 优化回珠槽的曲线参数， 采用三维造型的导珠管和回珠器，真正做到沿着内螺纹的导程角方向将滚珠引进螺母体中， 使滚珠运动的方向与滚道相切而不是相交。这样可把冲击损耗和噪声减至最小。
（3）对于大行程的数控车床进给系统，可采用丝杠固定、螺母旋转的传动方式。此时，螺母一边转动、一边沿固定的丝杠作轴向移动，由于丝杠不动，可避免受临界转速的限制，避免了细长滚珠丝杠运转时出现的种种问题。螺母惯性小、运动灵活，可实现的转速高。
（4）进一步提高丝杠的制造质量。通过采用上述种种措施后，可在一定程度上克服传统滚珠丝杠加工螺纹存在的一些问题。国际领先地位的丝杠最大快速移动速度可达60 m /m in，个别情况下甚至可达90m /m in，加速度可达15m /s2。
参考文献
[1] 刘春利， 杨建芳， 刘胜永， 赵红梅. 提高经济型数控车床车车削精度的研究[J]. 煤矿机械， 2008. （7） ： 103-105
[2] 高荣. 提高经济型数控车床车车削质量的措施[J]. 煤矿机械， 2004.（8）： 69-71
关键词：数控车床 螺纹 加工精度 研究
1 积屑瘤对螺纹短节切削过程的影响
1.1产生及影响
积屑瘤是被切金属在切削区的高压和大摩擦力作用下与刀具刃口附近的前刀面上粘结形成的。这块金属受到加工硬化的影响，其硬度可比基体高2～3倍，因此可以代替刀刃切削。积屑瘤在切削过程中是不稳定的。由于积屑瘤是在很大的压力、强烈摩擦和剧烈的金属变形的条件下产生的。因而，切削条件也必然通过这些作用而影响积屑瘤的产生、长大与消失。
影响积屑瘤的主要因素有：
（1）工件材料。当工件材料的硬度低、塑性大时，切削过程中的金属变形大，切屑与前刀面间的摩擦系数和接触区长度比较大。在这种条件下，易产生积屑瘤。当工件塑性小、硬度较高时，积屑瘤产生的可能性和积屑瘤的高度也减小，如淬火钢。切削脆性材料时产生积屑瘤的可能更小。
（2）刀具前角。刀具前角增大，可以减小切屑的变形、切屑与前刀面的摩擦、切削力和切削热，可以抑制积屑瘤的产生或减小积屑瘤的高度。据有关资料介绍，刀具前角γ0 ≥40°时，积屑瘤产生的可能就小。
（3）切削速度。切削速度主要是通过切削温度和摩擦系数来影响积屑瘤的。当刀具没有负倒棱时，在极低的切削速度条件下，不产生积屑瘤。
4）切削厚度。切塑性材料时，切削力、切屑与前刀面接触区长度都将随切削厚度的增加而增大， 将增加生成积屑瘤的可能性。所以，在精加工时除选取较大的刀具前角，在避免积屑瘤的产生切削速度范围内切削外，应采用减小进给量或刀具主偏角来减小切削厚度。
1.2积屑瘤的防止措施
积屑瘤在它相对稳定时，增大了实际工作前角，还可降低切削力和热，对粗加工螺纹有利。可在精加工螺纹时，由于积屑瘤在切削过程中，生长、长大、消失，不断改善刀尖和刃口的形状，破坏了已加工表面的质量，使粗糙度增大，造成产品质量不合格。
（1）降低或提高切削速度。这样就可以使切削温度低于或高于积屑瘤产生的相对温度区域，控制它的产生。由实验可知，切削一般钢材时，切削速度Vc > 120 m /min或Vc < 5 m /m in已加工表面粗糙度低，说明刀具上积屑瘤很小或没有。
（2）采用润滑性能好的切削液。切削易产生积屑瘤的工件材料时，采用润滑性能好的极压切削油或植物油，可使切屑和刀具间形成润滑膜的吸附膜。大大减少它们间的摩擦，在刀具上也不易产生积屑瘤。
（3）增大刀具前角。积屑瘤是在比较高的压力和适宜的温度下产生的。当前角增大后，就可以减小切屑与刀具前刀面接触区的压力，使切削力减小，切削温度降低，积屑瘤生成的可能就会减小。
（4）降低前刀面的表面粗糙度。这样可以减小切屑与前刀面的摩擦，使切屑不易生成。
2 故障排除改进措施
2.1产生故障原因
经济型数控车床螺纹生产中经常会遇到加工精度异常的故障。此类故障隐蔽性强、诊断难度大。导致此类故障的原因主要有五个方面：
（1）机床进给单位被改动或变化；（2）机床各轴的零点偏置（NULL OFFSET）异常；（3）轴向的反向间隙（BACKLASH ）异常；（4）电机运行状态异常， 即电气及控制部分故障；（5）机械故障， 如丝杆、轴承、轴联器等部件。此外，加工程序的编制、刀具的选择及人为因素，也可能导致加工精度异常。
2. 1. 1系统参数发生变化或改动系统参数主要包括机床进给单位、零点偏置、反向间隙等等。
2. 1. 2机械故障导致的加工精度异常一台THM6350卧式加工中心，采用FANUC 0 i-MA数控系统。一次在铣削汽轮机叶片的过程中，突然发现Z轴进给异常，造成至少1 mm的切削误差量。
2.2解决方法
根据实际经验，综合分析认为，主要应对以下几方面逐一进行检查。
（1）检查机床精度异常时正运行的加工程序段， 特别是刀具长度补偿、加工坐标系（G54～ G59）的校对及计算；
（2）在点动方式下， 反复运动Z轴， 经过视、触、听对其运动状态诊断，发现Z向运动声音异常， 特别是快速点动， 噪声更加明显。由此判断，机械方面可能存在隐患；
（3）检查机床Z轴精度。用手脉发生器移动Z轴（将手脉倍率定为1×100的挡位，即每变化一步，电机进给0. 1mm，配合百分表观察Z轴的运动情况。在单向运动精度保持正常后作为起始点的正向运动，手脉每变化一步，机床Z轴运动的实际距离d= d1 = d2 = d3。。。 = 0. 1mm， 说明电机运行良好，定位精度良好。
数控车床在加工过程中，车床本身的运动精度是影响被加工零件精度的一个重要因素。如： 大溜板在纵向移动时对机床主轴轴线的平行度会造成零件的锥度误差，中溜板在横向移动时对机床主轴轴线的垂直度会造成零件的端面垂直度和跳动误差。数控车床加工可使用G01直线插补指令来补偿车床本身产生的原始误差，即使用G01指令运行产生径向尺寸差来弥补大溜板纵向移动时产生的平行度误差； 使用G01指令运行产生轴向尺寸差来弥补中溜板横向移动时产生的垂直度误差。按补偿编程轨迹编程，由于溜板运行时存在平行度和垂直度误差，加工时刀具所走轨迹趋近于零件理论轮廓，这样就弥补了机床存在的误差， 提高了车削加工精度。
3 丝杠进给运动间隙的补偿
数控车床加工螺纹时，刀具的纵、横向进给是由步进电机控制纵、横向丝杠转动带动大、中溜板移动来实现的，由于纵向和横向丝杠存在丝杠间隙，致使产生螺纹加工精度误差，因此必须进行补偿和消除，以保证刀具的准确螺距位移量。主要措施有：
（1）适当加大数控车床丝杠的转速、导程和螺纹头数。目前常用大导程滚珠丝杠名义直径与导程的匹配为： 40 mm×20mm， 50mm×25mm，50mm×30mm等，其进给速度均可达到60 m /min以上。为了提高滚珠丝杠的刚度和承载能力，大导程滚珠丝杠一般采用双头螺纹，以提高滚珠的有效承载圈数。
（2）改进结构，提高滚珠运动的流畅性。改进滚珠循环反向装置， 优化回珠槽的曲线参数， 采用三维造型的导珠管和回珠器，真正做到沿着内螺纹的导程角方向将滚珠引进螺母体中， 使滚珠运动的方向与滚道相切而不是相交。这样可把冲击损耗和噪声减至最小。
（3）对于大行程的数控车床进给系统，可采用丝杠固定、螺母旋转的传动方式。此时，螺母一边转动、一边沿固定的丝杠作轴向移动，由于丝杠不动，可避免受临界转速的限制，避免了细长滚珠丝杠运转时出现的种种问题。螺母惯性小、运动灵活，可实现的转速高。
（4）进一步提高丝杠的制造质量。通过采用上述种种措施后，可在一定程度上克服传统滚珠丝杠加工螺纹存在的一些问题。国际领先地位的丝杠最大快速移动速度可达60 m /m in，个别情况下甚至可达90m /m in，加速度可达15m /s2。
参考文献
[1] 刘春利， 杨建芳， 刘胜永， 赵红梅. 提高经济型数控车床车车削精度的研究[J]. 煤矿机械， 2008. （7） ： 103-105
[2] 高荣. 提高经济型数控车床车车削质量的措施[J]. 煤矿机械， 2004.（8）： 69-71