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【摘 要】梯形螺纹的牙型高度深，精度要求高，牙两侧表面粗糙度值较小，是较难加工的螺纹，文中介绍了在数控车床上利用宏程序粗加工大螺距梯形螺纹的方法，利用低转速精加工梯形螺纹的方法，给出了具体加工程序及其说明，提供的加工程序具有很好的实用价值。
【关键词】数控车削；梯形螺纹；大螺距；宏程序
梯形螺纹作为传动螺纹，主要用于准确传递运动和动力，他用中径配合，定心准确，被广泛地用在各种机床上。梯形螺纹较之三角螺纹，其螺距和牙型都大，而且精度高，牙型两侧面表面粗糙度值较小，导致加工梯形螺纹时，吃刀深、走刀快、切削余量大、切削抗力大，相对来说，梯形螺纹的车削难度较大，特别是容易产生扎刀和折刀现象。在数控加工中，宏程序可以解决这样的问题。宏程序是程序编制的高级形式，程序编制的质量与编程人员的素质息息相关，因为宏程序中应用了大量的编程技巧，如数学关系的表达、加工刀具的选择、走到方式的取舍等。掌握宏程序可以解决复杂工件加工，避免烦琐的数学计算。
一、梯形螺纹的加工尺寸
梯形螺纹基本要素及计算公式
名称及代号 计算公式
牙型角α α=30°
螺距P P
牙顶间隙ac P 1.5～5 6～12 14～44
ac 0.25 0.5 1
大径d 公称直径
中径d2 d2=d-0.5P
小径d3 d3=d-2h3
牙顶高h3 h3=0.5P+ac
牙顶宽? ?=0.366P
牙根槽宽W W=0.366P-0.536ac
螺纹升角ψ tanψ=np/πd2
二、梯形螺纹的加工方法
梯形螺纹精度要求不高时，可采用一把高速钢螺纹车刀分粗、精车车削。当梯形螺纹精度要求较高时，可采用粗、精两把车刀进行车削。选用高速钢右旋梯形螺纹粗车刀。为了高效去除大部分切削余量，将刀头磨成圆弧型，以增加刀头强度，并将刀头部分的应力分散。为了使车刀两条侧切削刃锋利且受力、受热均衡，将前刀面磨成左高右低、前高后低。
普通车床加工梯形螺纹的方法有多种，直进法、左右切削法、斜进法，车阶梯槽法等，这些加工方法对于加工螺距较小（P<=4mm）的零件是有效的，可行的，但随着螺距的增大，这些加工方法却就难以完成任务。在数控车床上加工梯形螺纹的指令有，以fanuc系统数控车床为例，能够用来加工螺纹的基本指令有G32（单一车削螺纹指令）、G92（单一螺纹切削循环指令）、G76（螺纹复合切削循环指令），在实际应用中，它们有着各自的特点，G32、G92、都采用直进法，加工小螺距（P<2.5）的零件没有问题，G76（2.56）的零件，其切削效率较低，难以满足更高的要求。
根据上述分析，数控车床车削梯形螺纹采用“分层法”车削最为合适。在车削梯形螺纹时，“分层法”是把牙槽分成若干层，转化成若干个较浅的梯形槽来进行切削，从而降低了切削厚度，避免了折刀情况的发生。每一层的切削都沿梯形槽的左侧先斜进后，再向右的车削方法，由于向右切削时槽深不变，不会形成三面刃切削，切削力较小，切削平稳，因此切削较为轻快，不会产生振动和“扎刀”现象，其刀具运行轨迹也很清晰，如图1所示。
在切削每一层时，Z轴向右偏移是通过改变起刀点的位置实现的。
三、梯形螺纹的加工实例
1、零件图
该例中由于工件不长，采用三爪卡盘装夹，不用顶尖直接加工梯形螺纹即可。车削方法采用“分层法”加工。为了便于左右切削并留有精车余量，两侧切削刃之间的夹角应小于牙型角30°，取29°左右。刀头宽度应小于牙槽底宽W（W= 1.928），刀头宽度取2W/3≈1.3mm，这里取1.5mm。
2、梯形螺纹的粗加工
①编程分析
用宏程序编程时变量的设置是核心内容，一是要变量尽可能少，避免影响数控系统计算速度，二是要便于构成循环。本例中有4个变量，#1为螺纹大径值，#2为螺纹槽左端的起刀值，#3为螺纹槽右端的终点值，#4为每层螺纹刀的移动值。
本例中编程关键技术是要利用宏程序实现分层切削。利用G92螺纹加工循环指令功能，每层向右移刀由变量#4实现。分层切削的深度通过#1变量，加工一层后，通过#1=#1-1.0实现进刀，而在每层中螺纹的X坐标不变，始终为#4=#4+1.0。
②参考程序与注释
O1234
G97 G99 M3 S400 给定转速
T0101 F0.2 选择刀具
G0 X50 Z10.0 选择螺纹进刀点
#1=42.0 给定螺纹大径值
#2=5.0 给定螺纹槽左端的起点值
#3=7.0 给定螺纹槽终点值
N5 #1=#1-1. 给定螺纹吃刀深度ap=1.0/2
#2=#2+0.5*TAN[15] 计算每层螺纹槽左端起点值
#3=#3-0.5*TAN[15] 计算每层螺纹槽右端终点值
#4=#2 改变每层移动的变量为#2
WHILE[#4LE#3] DO1 判断每层加工的槽宽是否到边
G0 Z#3 定位到左端的起刀点
G92 X#1 Z-32. F6.0 加工螺纹槽
#4=#4+1.0 设定每层螺纹车刀的移动量1mm（特大螺距加工尤为重要）
END1 构成循环
G0 Z#3 定位到螺纹槽的右端
G92 X#1 Z-32.O F6.0 车削每层螺纹右侧的最后一刀 IF [#1GT35.0] GOTO5 判断螺纹槽深度是否合格，构成循环
G0 X100. Z100. 快速退刀
M30 程序结束
3、梯形螺纹的精加工
小批量生产时，用低速的方法车削，梯形螺纹的尺寸精度和粗糙度都容易保证。但粗车完成后，如果此时将转速直接调到低速调用原程序精车，则一定会乱牙，发生崩刃或撞车事故，考虑到低速 ，车削时车刀进给速度很慢，我们可以用肉眼来观察车削时螺纹车刀与螺纹牙形槽是否对准，具体操作方法如下：
（1） 观察刀具与螺旋槽的相对位置（如图2所示），重新对刀后，将车床主轴转速调低（机床能支持的最小转速），如调到25r/min，重新运行下面新程序（O1235），精车刀在接近工件表面的位置移动，运行程序时，把机床操作面板上的跳段键打开，防止扎刀，估算好偏移量，修改好程序中的Z值后，再把跳段键取消。
O1235
G97 G99 M3 S25 降低转速
T0202 F0.2 （更换刀具）
G0 X50 Z10 新的定位点
G92 X42.5 Z-32. F6. 螺纹加工
X42.5 螺纹加工
X42.5 螺纹加工
/X35.0
/X35.0
G0X100.Z100 快速退刀
M30
（2）修改程序中的螺纹起点Z值，观察车刀与螺纹槽是否重合，估算偏移量，修改序段G00 X50 Z10中的Z10，再次运行程序，重新估算，修改程序段的数据，直到车刀与梯形螺纹槽完全对正。
（3）控制中径尺寸，用磨耗控制Z向磨耗，修光梯形螺纹的两侧面，同时通过测量，使螺纹达到尺寸精度的要求。
4、加工注意事项
（1） 切削时加注充分的切削液，根据情况看是否要加顶尖。
（2） 车床从高速变为低速后，要严格校准梯形螺纹车刀与梯形螺旋槽的位置，操作时要仔细认真，不能马虎。可分几次校正车刀，使车刀逐步车削到牙槽底部。
（3） 螺纹车刀的刀头宽度一定要小于牙槽底宽，不然会使切削量过大，发生崩刃与折刀等问题。
（4） 对于一些特大螺距的螺纹，车削时主轴转速不能过高，需参考机床的最高进给速度，否则会发生失步等问题。
四、结束语
在实际加工中，运用宏程序分层粗加工梯形螺纹，不论加工什么材料，都不会扎刀，安全可靠，这种方法易懂、易掌握，在实际生产中也可以很好的应用。精加工车削梯形螺纹时，能够顺利的保证梯形螺纹的加工精度，在单件和维修过程中非常适用，这种粗精加工螺纹的方法，还可以推广的蜗杆和多线螺纹的加工，方法简单，易懂，具有很好的借鉴意义。
参考文献：
[1]王公安.车工工艺学[M].第一版.北京：中国劳动保障出版社，2005.
[2]北京法那科机电有限公司. Fanuc 0i mate TC 操作说明书，2007.
【关键词】数控车削；梯形螺纹；大螺距；宏程序
梯形螺纹作为传动螺纹，主要用于准确传递运动和动力，他用中径配合，定心准确，被广泛地用在各种机床上。梯形螺纹较之三角螺纹，其螺距和牙型都大，而且精度高，牙型两侧面表面粗糙度值较小，导致加工梯形螺纹时，吃刀深、走刀快、切削余量大、切削抗力大，相对来说，梯形螺纹的车削难度较大，特别是容易产生扎刀和折刀现象。在数控加工中，宏程序可以解决这样的问题。宏程序是程序编制的高级形式，程序编制的质量与编程人员的素质息息相关，因为宏程序中应用了大量的编程技巧，如数学关系的表达、加工刀具的选择、走到方式的取舍等。掌握宏程序可以解决复杂工件加工，避免烦琐的数学计算。
一、梯形螺纹的加工尺寸
梯形螺纹基本要素及计算公式
名称及代号 计算公式
牙型角α α=30°
螺距P P
牙顶间隙ac P 1.5～5 6～12 14～44
ac 0.25 0.5 1
大径d 公称直径
中径d2 d2=d-0.5P
小径d3 d3=d-2h3
牙顶高h3 h3=0.5P+ac
牙顶宽? ?=0.366P
牙根槽宽W W=0.366P-0.536ac
螺纹升角ψ tanψ=np/πd2
二、梯形螺纹的加工方法
梯形螺纹精度要求不高时，可采用一把高速钢螺纹车刀分粗、精车车削。当梯形螺纹精度要求较高时，可采用粗、精两把车刀进行车削。选用高速钢右旋梯形螺纹粗车刀。为了高效去除大部分切削余量，将刀头磨成圆弧型，以增加刀头强度，并将刀头部分的应力分散。为了使车刀两条侧切削刃锋利且受力、受热均衡，将前刀面磨成左高右低、前高后低。
普通车床加工梯形螺纹的方法有多种，直进法、左右切削法、斜进法，车阶梯槽法等，这些加工方法对于加工螺距较小（P<=4mm）的零件是有效的，可行的，但随着螺距的增大，这些加工方法却就难以完成任务。在数控车床上加工梯形螺纹的指令有，以fanuc系统数控车床为例，能够用来加工螺纹的基本指令有G32（单一车削螺纹指令）、G92（单一螺纹切削循环指令）、G76（螺纹复合切削循环指令），在实际应用中，它们有着各自的特点，G32、G92、都采用直进法，加工小螺距（P<2.5）的零件没有问题，G76（2.5
根据上述分析，数控车床车削梯形螺纹采用“分层法”车削最为合适。在车削梯形螺纹时，“分层法”是把牙槽分成若干层，转化成若干个较浅的梯形槽来进行切削，从而降低了切削厚度，避免了折刀情况的发生。每一层的切削都沿梯形槽的左侧先斜进后，再向右的车削方法，由于向右切削时槽深不变，不会形成三面刃切削，切削力较小，切削平稳，因此切削较为轻快，不会产生振动和“扎刀”现象，其刀具运行轨迹也很清晰，如图1所示。
在切削每一层时，Z轴向右偏移是通过改变起刀点的位置实现的。
三、梯形螺纹的加工实例
1、零件图
该例中由于工件不长，采用三爪卡盘装夹，不用顶尖直接加工梯形螺纹即可。车削方法采用“分层法”加工。为了便于左右切削并留有精车余量，两侧切削刃之间的夹角应小于牙型角30°，取29°左右。刀头宽度应小于牙槽底宽W（W= 1.928），刀头宽度取2W/3≈1.3mm，这里取1.5mm。
2、梯形螺纹的粗加工
①编程分析
用宏程序编程时变量的设置是核心内容，一是要变量尽可能少，避免影响数控系统计算速度，二是要便于构成循环。本例中有4个变量，#1为螺纹大径值，#2为螺纹槽左端的起刀值，#3为螺纹槽右端的终点值，#4为每层螺纹刀的移动值。
本例中编程关键技术是要利用宏程序实现分层切削。利用G92螺纹加工循环指令功能，每层向右移刀由变量#4实现。分层切削的深度通过#1变量，加工一层后，通过#1=#1-1.0实现进刀，而在每层中螺纹的X坐标不变，始终为#4=#4+1.0。
②参考程序与注释
O1234
G97 G99 M3 S400 给定转速
T0101 F0.2 选择刀具
G0 X50 Z10.0 选择螺纹进刀点
#1=42.0 给定螺纹大径值
#2=5.0 给定螺纹槽左端的起点值
#3=7.0 给定螺纹槽终点值
N5 #1=#1-1. 给定螺纹吃刀深度ap=1.0/2
#2=#2+0.5*TAN[15] 计算每层螺纹槽左端起点值
#3=#3-0.5*TAN[15] 计算每层螺纹槽右端终点值
#4=#2 改变每层移动的变量为#2
WHILE[#4LE#3] DO1 判断每层加工的槽宽是否到边
G0 Z#3 定位到左端的起刀点
G92 X#1 Z-32. F6.0 加工螺纹槽
#4=#4+1.0 设定每层螺纹车刀的移动量1mm（特大螺距加工尤为重要）
END1 构成循环
G0 Z#3 定位到螺纹槽的右端
G92 X#1 Z-32.O F6.0 车削每层螺纹右侧的最后一刀 IF [#1GT35.0] GOTO5 判断螺纹槽深度是否合格，构成循环
G0 X100. Z100. 快速退刀
M30 程序结束
3、梯形螺纹的精加工
小批量生产时，用低速的方法车削，梯形螺纹的尺寸精度和粗糙度都容易保证。但粗车完成后，如果此时将转速直接调到低速调用原程序精车，则一定会乱牙，发生崩刃或撞车事故，考虑到低速 ，车削时车刀进给速度很慢，我们可以用肉眼来观察车削时螺纹车刀与螺纹牙形槽是否对准，具体操作方法如下：
（1） 观察刀具与螺旋槽的相对位置（如图2所示），重新对刀后，将车床主轴转速调低（机床能支持的最小转速），如调到25r/min，重新运行下面新程序（O1235），精车刀在接近工件表面的位置移动，运行程序时，把机床操作面板上的跳段键打开，防止扎刀，估算好偏移量，修改好程序中的Z值后，再把跳段键取消。
O1235
G97 G99 M3 S25 降低转速
T0202 F0.2 （更换刀具）
G0 X50 Z10 新的定位点
G92 X42.5 Z-32. F6. 螺纹加工
X42.5 螺纹加工
X42.5 螺纹加工
/X35.0
/X35.0
G0X100.Z100 快速退刀
M30
（2）修改程序中的螺纹起点Z值，观察车刀与螺纹槽是否重合，估算偏移量，修改序段G00 X50 Z10中的Z10，再次运行程序，重新估算，修改程序段的数据，直到车刀与梯形螺纹槽完全对正。
（3）控制中径尺寸，用磨耗控制Z向磨耗，修光梯形螺纹的两侧面，同时通过测量，使螺纹达到尺寸精度的要求。
4、加工注意事项
（1） 切削时加注充分的切削液，根据情况看是否要加顶尖。
（2） 车床从高速变为低速后，要严格校准梯形螺纹车刀与梯形螺旋槽的位置，操作时要仔细认真，不能马虎。可分几次校正车刀，使车刀逐步车削到牙槽底部。
（3） 螺纹车刀的刀头宽度一定要小于牙槽底宽，不然会使切削量过大，发生崩刃与折刀等问题。
（4） 对于一些特大螺距的螺纹，车削时主轴转速不能过高，需参考机床的最高进给速度，否则会发生失步等问题。
四、结束语
在实际加工中，运用宏程序分层粗加工梯形螺纹，不论加工什么材料，都不会扎刀，安全可靠，这种方法易懂、易掌握，在实际生产中也可以很好的应用。精加工车削梯形螺纹时，能够顺利的保证梯形螺纹的加工精度，在单件和维修过程中非常适用，这种粗精加工螺纹的方法，还可以推广的蜗杆和多线螺纹的加工，方法简单，易懂，具有很好的借鉴意义。
参考文献：
[1]王公安.车工工艺学[M].第一版.北京：中国劳动保障出版社，2005.
[2]北京法那科机电有限公司. Fanuc 0i mate TC 操作说明书，2007.