巧用G76指令加工梯形螺纹
巧用G76指令加工梯形螺纹
杨小燕
湛江市技师学院
摘要：数控车床的应用越来越广泛，本文通过对梯形螺纹加工的工艺分析和加工方法的钻研，探索出应用复合循环指令G76编程加工出合格梯形螺纹的方法。
关键字：梯形螺纹 工艺分析 G76指令 程序
前言：
在各种机械产品中，梯形螺纹是应用很广泛的传动螺纹，例如车床上的长丝杆和中、小拖板的丝杆等都是梯形螺纹。车削梯形螺纹与三角螺纹相比较，梯形螺纹牙型大、切削余量大、切削抗力大，而且精度要求较高，加之工件一般较长，所以加工难度大。本人通过实践，探索出在数控车床上加工普通车床小拖板丝杆的高效率、省时间的车削方法，采用一夹一顶装夹，尾顶采用弹性回转顶尖，这样可以防止切削中工件因热伸大而弯曲变形的方法，配合G76指令编程，给生产带来较好的效果和生产效率。加工前，首先计算出梯形螺纹有关参数，对工艺进行合理的分析，使用加工指令和切削方法得当，在数控车床上加工出合格的梯形螺纹就会有事半功倍的效果。小拖板丝杆梯形螺纹部分如图1所示，毛坯尺寸为Ф25 mm×300mm。
一、梯形螺纹的有关参数及尺寸计算如下(单位：mm)：
大径d=120 –-0.236；
中径d2=d-0.5P=12-1.5=10.5,查表确定其公差，故d2=10.5–-0.085 -0.297；
牙高h3=0.5P+ ac=1.75；
小径d3=d-2h3=8.5,查表确定其公差，故d3=8.5 0 –-0.350；
牙顶宽f=0.366P=1.098
牙底宽W=0.366P-0.536ac =1.098-0.134=0.964
图1 车床小拖板梯形螺纹丝杆
二、梯形螺纹车刀的选取及加工方法
1、采用双圆弧硬质合金梯形螺纹车刀进行粗加工,在车削一般精度梯形螺纹时，采用硬质合金车刀进行高速车削，生产效率高。硬质合金梯形螺纹车刀如图2(a)所示。高速切削梯形螺纹时，由于三个刃同时切削，切削力大，容易引起振动。并且前刀面是平等面（径向前角为0°），切屑呈带状流出，操作不安全。为了解决上述矛盾，可在前刀面上磨出两个圆弧如图2(b)所示。
图2(a) 硬质合金梯形螺纹车刀 图2(b) 双圆弧硬质合金梯形螺纹车刀
其主要优点是：
1）为磨出了两个R7mm的圆弧，使径向前角增大，切削轻快，不易引起振动。
2）切屑呈球头状排出，保证安全，清除切屑方便。
2、采用斜进法切削加工梯形螺纹， 螺纹车刀沿牙型角方向斜向间歇进给至牙深处（如图3）。采用此种方法加工梯形螺纹时，螺纹车刀始终只有一个侧刃参加切削，从而使排屑比较顺利，刀尖的受力和受热情况有所改善，在车削中不易引起“扎刀”现象。因此，采用斜进法比采用直进法、切槽刀粗切槽法和直进法更可行。该方法在数控车床上配合G76指令来使用,程序简短,加工省时。
三、梯形螺纹测量
梯形螺纹的测量分综合测量、三针测量和单针测量三种。中径为φ10.5–-0.085 -0.297mm,现采用三针测量法测量，量针应在同一螺旋槽内。三针测量法是一种比较精密的测量方法，适用于测量精度要求较高、螺旋升角小于4°的三角形螺纹、梯形螺纹和蜗杆的中径尺寸。测量时，把三根直径相等并在一定尺寸范围内的量针放在螺纹相对两面的螺旋槽中，再用千分尺量出两面
量针顶点之间的距离M（见图4）。然后根据M值换算出螺纹中径的实际尺寸。
千分尺的读数值M及量针直径dD的简化公式见表1。
表1 M值及量针直径的简化计算公式
不管是三针测量法还是单针测量法，量针直径(dD)不能太大，否则测量针的横截面与螺纹牙侧不相切（见图5(a)），无法量得中径的实际尺寸。也不能太小，不然测量针陷入牙槽中，其顶点低于螺纹牙顶而无法测量（见图5(c)）。最佳量针直径是指量针横截面与螺纹中径处于牙侧相切时的量针直径（见图5b）。量针直径的最大值、最佳值和最小值可在表1中查出。选用量针时，应尽量接近最佳值，以便获得较高的测量精度。
a) b) c)
图5 量针直径的选择
根据量针测量距计算公式，量针直径dD=0.518P=0.518×3=1.554mm，测量读数值 M=d2+4.864dD-1.866P=10.5+4.864×1.554-1.866×3=12.461mm，根据中径公差确定其公差，则M=12.461–-0.085 -0.297，即千分尺测量的读数值M应为12.164～12.376mm。
四、梯形螺纹编程实例
如图1所示梯形螺纹，采用广州数控GSK980T系统进行编程，采用沿牙型角方向斜向进刀的切削方式，用G76指令编写加工程序。
O1212(粗加工程序)
N10 G50 X100 Z30;(设置坐标)
N20 M03 S2 T0101;（主轴正转，转速为680r/min，外圆偏刀）
N30 G00 X26 Z2; (快速定位、粗车外圆)
N40 G71 U2 R0.5;
N50 G71 P60 Q120 U0.8 W0.1 F80; (粗加工螺纹外圆φ12共162mm,以及φ21，总长220 mm)
N60 G00 X8;
N70 G01 Z0 F60;
N80 X12 Z-2; （倒角2X45°）
N90 X12 Z-162;
N100 X19;
N110 X21 Z-163; （倒角1X45°）
N120 X21 Z-220;
N130 G0 X100 Z30;（刀尖快速返回定位坐标）
N140 M05;（停主轴）
N150 M30;（程序结束）
粗加工后热处理，调质（HT200～240），热校直，弯曲度小于0.5mm。在加工螺纹时，切削力较大，为了保证装夹牢固，采用轴向定位和块限制，固定工件的轴向位置，以防止因切削力过大，使工件轴向位移而车坏螺纹。
O1313(精加工程序)
N10 G50 X100 Z30;(设置坐标)
N20 M03 S2 T0102;（主轴正转，转速为680r/min，精车刀）
N30 G00 X22 Z2; (快速定位、粗车外圆)
N40 X8;
N50 G01 Z0 F60；
N60 X11.9 Z-2;（倒角2X45°）
N70 X11.9 Z-162;（精车外圆）
N80 X19;
N90 G01 X21 Z-163; （倒角1X45°）
N100 X21 Z-220;
N110 G0 X100 Z30；（刀尖快速返回定位坐标）
N120 T0303;（切断刀 刀宽为4 mm）
N130 G0 X13 Z-157;
N140 G94 X8 Z-157 F40;（切槽）
N150 G94 X8 Z-160；（切槽）
N160 Z-162;
N170 G0 X100 Z30; （刀尖快速返回定位坐标）
N180 T0404;（螺纹刀）
N190 M05;（停主轴）
N200 M03 S2;（转速为160 r/min，选用硬质合金车刀）
N210 G0 X14 Z4;（快速定位）
N220 G76 P030230 Q50 R0.08; (设定精加工三次，精加工余量为0.16mm，倒角量等于2 mm,牙型角为30°，最小切削量为0.05mm。)
N230 G76 X8.5 Z-158 P1750 Q300 F3；（设定螺纹高为1.75mm，第一刀切深为0.3mm。）
N240 G00 X100;
N250 Z30;
N260 M05；
N270 M30；
在梯形螺纹的实际加工中，由于刀尖宽度并不等于槽底宽，因此通过一次G76循环切削无法正确控制螺纹中径等各项尺寸。为此可采用刀具Z向偏置后再次进行G76循环加工来解决以上问题，为了提高加工效率，最好只进行一次偏置加工，因此必须精确计算Z向的偏置量，Z向偏置量的计算方法如图6所示，计算如下：
设M实测- M理论=2AO1=δ，则AO1=δ/2
如图5所示，四边形O1O2CE为平行四边形，则ΔAO1O2≌ΔBCE，AO2=EB。ΔCEF为等腰三角形，则EF=2EB=2AO2。
AO2=AO1×tan(∠AO1O2)=tan15°×δ/2
Z向偏置量EF=2AO2=δ×tan15°=0.268δ
实际加工时，在一次循环结束后，用三针测量实测M值，计算出刀具Z向偏置量，然后在刀长补偿或磨耗存贮器中设置Z向刀偏量，再次用G76循环加工就能一次性精确控制中径等螺纹参数值。
图6 Z向刀具偏置值的计算
五、加工步骤
1）下料Ф25 mm×300mm。
2）夹持Ф25 mm，外圆毛坯伸长50mm，车端面，钻B型中心钻（Ф2.5 mm）。
3）用三爪自定心卡盘夹毛坯外圆，伸出长度为230mm，尾部用弹性回转顶尖支撑。粗车外圆Ф23 mm，长220 mm，粗车外圆Ф14 mm，长162 mm。
4）调质处理220～240HBC，并校直，要求外圆对中心孔径向跳动公差<0.2mm。5）夹一端，尾端用硬质合金固定顶尖顶住，加研磨剂研磨中心孔。
6）用一夹一顶安装工件，并在床头的主轴配合采用轴向撞头限位，固定工件的轴向位置，以防止切削力过大而使工件走动车坏螺纹，另一端用弹性回转顶尖支撑，并加切削液，精加工外圆至Ф21 mm×220mm，Ф12 0 –-0.236 mm×162mm,倒角、切槽、粗车、精车螺纹至尺寸，并去各处毛刺、检查、切断至工件长度为211 mm。调头，倒角。
六、切削液
粗车时，使用乳化油用15～20倍的水稀释而成，这类切削液粘度小，流动性好，可以吸收大量的热量。
七、总结
通过以上的实例分析可以得出结论，要想在数控机床上方便加工出梯形螺纹，关键是做好如下几点：
1、应用G76指令编程节省编程时间。
2、准确设定G76指令的参数值，这些值通常通过对梯形螺纹的分析计算获得。
3、根据初步测量得出的中径值，精确计算出Z向刀具偏置值，从而准确控制梯形螺纹的中径值。
4、选用合适的加工刀具。
此方法适用于梯形螺纹的切削加工。Tr12×3梯形螺纹的加工在数控机床上采用分层斜进法切削，采用硬质合金车刀高速车螺纹,切削速度可比低速车螺纹提高15～20倍，而且进给次数可以减少2/3以上，G76指令编程比G92指令编程节省时间10倍以上，生产率可以大大提高。只要充分利用数控机床的特点和优点，充分合理选用刀具和分析加工工艺，选用合适的加工方法，就会事半功倍。
参考文献：
（1）《车工技师培训教材》机械工业出版社2001第一版。（陆根奎主编、许忠强主审）
（2）《车工工艺学》，技工学校机械类通用教材编审委员会编，机械工业出版社，05年7月第四版。
（3）《车工技能实战训练》，机械工业职业教育研究中心组编，机械工业出版社，04年9月第二版。
（4）《公差配合与技术测量基础》，胡荆生 主编，中国劳动社会保障出版社，00年6月第二版。
作者简介：杨小燕（1979-），女，大学本科，高级技师，现供职于广东省湛江技师学院，主要从事数控、机械、电气专业教学与研究。
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