刀具磨损补偿法在梯形螺纹加工中的应用

范仁杰

（铜陵职业技术学院，安徽 铜陵 244000）

丝杠螺母加工是典型的梯形螺纹加工，梯形螺纹的螺距大、切入深，粗车中容易出现扎刀现象，而且，因切削力大、切削热高、刀具散热条件差，限制了切削速度，加工效率也不高。因此，梯形螺纹的粗加工是车削加工中一个较难的课题[1]。

在零件试加工等过程中，由于对刀等误差的影响，执行一次程序加工结束，不可能一定保证零件就符合图纸要求，有可能出现超差。如果超差但尚有余量，则可能进行修正。此时，可利用原有的刀具和加工程序的一部分（精加工部分），不需要对程序作任何修改，而只需在刀具补偿中增加设定一磨损量（等于相应的单边余量）后再补充加工一次，就可将余量切去[2]。这种通过设置刀具磨损补偿值进行数控加工经常在生产中被采用。

车床加工梯形螺纹，一般有四种进刀方法：直进法、分层切削法、车直槽法和车阶梯槽法。但是不论哪一种方法，都要求操作者具有熟练的技术水平。设置刀具磨损补偿值切削梯形螺纹的进刀方法是分层切削法。经本人探索，采用设置X、Z方向刀具磨损补偿的方法来加工梯形螺纹，可以简化加工程序，特别适用于单件小批量生产。下面以Tr28×5的梯形螺纹加工为例，对计算、编程和操作方法进行介绍。文中的程序均经过机床加工验证。

1．准备阶段

相关计算：对于Tr28×5，国家标准大径D4=28.5，中径d2=D2=25.5，小径d3=22.5，D1=23，大写字母表示螺母直径，小写表示丝杠直径，螺距P=5，牙顶宽0.366P=1.83。

生产中，对于螺纹的牙形高和大小径会进行适当的调整，以达到配合要求，调整量虽然没有严格的界定，但为了具有牙顶间隙，必须使螺母的大径和小径分别大于丝杠的大径和小径，保证丝杠螺母副配合时松紧适度。

丝杠梯形螺纹

牙形高：1.3P=6.5mm，

最大外径：28mm-0.2mm=27.8mm，

牙底直径：28 mm -6.5 mm =21.5mm；

φ28处牙顶宽为1.83mm，φ27.8处的齿顶宽为1.88mm

螺母梯形螺纹

牙形高：1.1P=5.5mm，

大径28mm+0.3mm=28.3mm，

小径28mm-5.5mm+0.5mm=23mm

φ22.5处牙顶宽为1.83mm，φ23处牙顶宽1.96mm

2．丝杠、螺母加工工艺

2.1 丝杠车削加工工艺

（1）备料，直径为32毫米，长度为184mm的45号圆钢；

（2）车端面，打中心孔；

（3）掉头，车端面，定总长为180mm，打中心孔；

（4）双顶尖装夹，粗车外圆φ28.5；

（5）双顶尖装夹，精车外圆至φ27.8 ；

（6）倒角4×45°；

（7）车外螺纹Tr28×5；

针对丝杠加工工艺，说明如下：

（1）本工艺针对较短丝杠，对于高精度复杂零件工艺，如卧式车床母丝杠（不淬硬丝杠），就要涉及到正火、校直、高温时效、修研中心孔、磨削等工序。

（2）加工的丝杠的长度为 180mm，比较短，若丝杆相对较长，加工中则需要配置跟刀架，以增强工艺系统刚性。

2.2 螺母车削加工工艺

（1）备料，直径为42毫米，长度为50mm的铜棒；

（2）三爪卡盘装夹毛坯；

（3）钻孔至φ19.8深33mm，倒角5×45°；

（4）切断铜套，长度31mm；

（5）车端面，定总长为30mm；

（6）粗车内孔至φ22.5（软爪装夹）；

（7）精车内孔至φ23（软爪装夹）；

（8）倒角3×45°；

（9）车内螺纹Tr28×5；

螺母加工，必须是一次装夹精车内孔和车内螺纹，否则，内孔与螺纹不同轴，加工结束，丝杠很难配入。

2.3 机床与工装夹具

（1）机床：CK6140

（2）刀具类型：45度外圆车刀一把，外圆精车刀一把、内孔车刀两把、切断刀一把、中心钻一把、φ19.8钻头一把、内外螺纹刀具各一把，刃口形状如图 1所示，刃长以大于5mm为宜。

（3）车床附件：卡盘与顶尖。

（4）游标卡尺一把。

3．丝杠、螺母加工程序

使用的是Siemens 802c系统的数控车床，下面是加工丝杠和螺母的程序。

3.1 丝杠加工程序

T1D1 刀具号、刀补号

图1 螺纹刀具刀刃形状

M3S150 主轴转速150转/分

G0X100

X32Z5 定起点

R100=28 R100（螺纹起始点直径）

R101=0 R101（纵向轴螺纹起始点）

R102=28 R102（螺纹终点直径）

R103=-180 R103（纵向轴螺纹终点）

R104=5 R104（螺纹导程）

R105=1 R105（加工类型，1外螺纹，2内螺纹）

R106=0.2 R106（最后一次走刀切削深度）

R109=4 R109（空刀导入量）

R110=3 R110（空刀导出量）

R111=3.25 R111（螺纹深度）

R112=0 R112（起始点偏移）

R113=5 R113（粗切削次数）

R114=1 R114（螺纹头数）

LCYC97 调用螺纹切削循环

G0X80 退刀

Z-50

M2 程序结束

3.2 螺母加工程序

T2D2

M3S150

G0X0Z20

X22Z5

R100=22.5 R101=0 R102=22.5 R103=-30

R104=5 R105=2 R106=0.2 R109=4

R110=3 R111=2.9 R112=0 R113=6

R114=1

LCYC97

G0X22

Z150

M2

说明：R106（最后一次走刀切削深度）在粗车梯形螺纹时可以设置大一点（如：0.2mm），精车时可以设置的小一点（如：0.05mm）；

4．丝杠、螺母的车削操作过程

4.1 丝杠车削过程

精车保证外圆直径φ27.8 ，比公称直径略小，存有牙顶间隙。材料为45号钢，材质较硬，在加工过程中，采用分层切削法，对于丝杠，牙形高为3.25mm（半径量），分六次 LCYC97循环切削，每次切削循环，切除金属层厚度分别为1.0、0.6、0.6、0.5m、0.35、0.2mm，为了达到每次执行程序，都能切除所要求的金属层。根据牙形高和每次执行LCYC97循环程序的金属切削厚度，可设置X轴方向刀具磨损补偿值（均为正值，半径量）分别为：2.25、1.65、1.05、0.55、0.2、0mm，刀具磨损补偿值由大逐渐减小，最后减小到零。

加工过程中，在改变X方向的刀具磨损补偿值的同时，Z轴方向的刀具磨损补偿值也需要改变，但是这种变化并不是无序的。它的规律为：每设置好一个 X轴方向的刀具磨损补偿值，维持不变，修改 Z轴方向的刀具磨损补偿值，将其设置为零、正值和负值，并分别执行加工程序。

车削厚度为1.0mm的第一个金属切削层，首先设置X方向的刀具磨损补偿值为2.25mm，Z轴方向的刀具磨损补偿值为0mm，执行一次丝杠加工程序（LCYC97循环），然后X方向的刀具磨损补偿值不变，依次设置Z轴方向的刀具磨损补偿值为 0.4，、-0.4、0.72、-0.72，分别执行一次加工程序。测量牙顶宽为2.28mm，牙侧单边留0.2mm的精加工余量，第一个金属切削层粗加工结束。下面需要加工的是厚度为0.6mm的第二个金属切削层，设置X方向的刀具磨损补偿值为1.65mm，Z轴方向的刀具磨损补偿值为0mm，执行一次丝杠加工程序（LCYC97循环），然后X方向的刀具磨损补偿值不变，依次设置 Z轴方向的刀具磨损补偿值为 0.3，、-0.3、0.55、-0.55，分别执行一次加工程序。依此类推，直至X轴方向的刀具磨损补偿值到0。在保证牙顶宽为2.28mm情况下，Z轴方向的刀具磨损补偿值可以随加工情况自行决定。

外螺纹粗加工结束以后，还需要进行精加工，因为牙宽单边留有0.2mm的余量，可以通过修改Z轴方向刀具磨损补偿的分别切除左右牙侧0.1mm余量，用量具量取牙顶宽，然后计算，设置刀补，切削加工，直至牙顶宽为1.88mm为止。实践中，牙顶宽有时不采用计算值，，而是把牙顶宽加工到1.83mm。

4.2 螺母车削过程

螺母上的梯形螺纹与丝杠上的加工方法总体上很相似，在螺母精加工时，因螺母牙顶宽度不便测量，可以通过与丝杠不断试配、观察牙顶宽度和螺纹断面情况等方法，来决定是否还需要切削加工，最终应保证丝杠螺母配合松紧适度。

丝杠螺母副的刀补数据如下表所示：

X轴方向的刀具磨损补偿值（单位mm）Z轴方向的刀具磨损补偿值（单位mm）2.25 0、0.4,、-0.4、0.72、-0.72 1.65 0、0.3,、-0.3、0.55、-0.55 1.05 0、0.40、-0.40丝杠0.55 0、0.26、-0.26 0.2 0、0.17、-0.17 0 0、0.11、-0.11-1.9 0、0.4,、-0.4、0.72、-0.72-1.3 0、0.3,、-0.3、0.55、-0.55-0.8 0、0.22、-0.22、0.42、-0.42螺母-0.45 0、0.33、-0.33-0.2 0、0.26、-0.26 0 0、0.21、-0.21

5．结束语

对于数控车工，加工丝杠、螺母是一项难度较大的工作，本文介绍了一种通过改变刀具磨损补偿值来加工丝杠螺母副的方法，简单易学，行之有效。

[1] 邓湘滨，周爱国. 分层切削法车削梯形螺纹在数控车床中的应用[J]. 科园月刊，2011，（5）.

[2] 姜慧芳. 数控车削加工技术[M]. 北京：北京理工大学出版社，2006.