如何改善螺纹加工质量不稳定？一种新型的加工方法来了

作者：宝鸡机床集团 祁宝栋

本文分享的是针对螺纹加工过程中质量不稳定而设计的一种新型的加工工艺方法。

我公司在大批量车削加工石油管道用阀体的2''-11-1/2 NPT（美标）螺纹时，开始按常规加工工艺，用一把螺纹刀，连续分9次并逐次减少吃刀量，将螺纹一次加工成（使用刀片型号：16 IR 11.5 NPT）。因工件是铸钢，毛坯气孔、砂眼缺陷较多，使得螺纹刀车削过程中易出现不连续切削现象，导致螺纹刀刀片刀尖易损坏。

在加工过程中要频繁停车，测量螺纹和更换螺纹刀刀片，而更换螺纹刀片后又要重新调整机床，导致螺纹加工过程不能连续，加工的螺纹质量也很不稳定，易出现废品和返修品。

后来经过调整加工工艺，用两把螺纹刀，分粗、精车削将螺纹加工而成，取得了意想不到的效果。因新工艺用两把螺纹刀，分粗、精车削加工螺纹，粗车螺纹刀先参与前六次车削螺纹，且每次切削吃刀量大，将大部分待加工余量去除后，再用精车螺纹刀再次车削，将螺纹加工成。精车螺纹刀最后最多只参与后四次车削，且每次切削量很小，最终将螺纹加工成。所以粗加工螺纹刀刀片更易损坏，但轻微损坏又不会影响螺纹的最终尺寸和质量，所以不需要立即更换螺纹刀刀片，可继续使用，减少更换螺纹刀刀片所需停车和调整机床次数，起到延长机床连续加工时间，保证螺纹正常加工的作用。而精车刀吃刀量很小，精车螺纹刀刀片受到的切削力和冲击力也很小，螺纹刀片更不易损坏，也不再需要频繁停车检测螺纹和更换螺纹刀片。

精车螺纹刀刀片轻微磨损后，立即更换新的螺纹刀片，调整机床连续加工，更换下来轻微磨损的螺纹刀片，又可在粗车螺纹刀上继续使用，粗车螺纹刀基本不需使用新的螺纹刀片。故采用新工艺又能节省螺纹刀片。

在推广此新工艺时，发现其更适用于以下几种螺纹加工：对螺纹尺寸和牙型、螺纹半角、螺纹累积误差及精度要求高的螺纹；螺纹牙底圆孤要求越小和螺纹牙尖削平量越小的螺纹；材料切削性能越差、材料软硬不均、需断续切削的螺纹等。当然不仅仅局限于两把螺纹刀加工，可根据实际情况用三把，甚至更多螺纹刀参与加工，完成螺纹加工。

在推广新工艺加工其它螺纹同时也发现：目前数控车床使用的系统，在加工螺纹当中粗、精车用不同转速加工时，会出现粗车螺纹与精车螺纹不重合现象，造成废品。人工调整二者重合，难度特别大。粗、精车螺纹转速必须用同一转速加工，粗车的螺纹才会与精车的螺纹重合。使得此工艺推广、应用造成很多不便，也不能最大化发挥新工艺的优点。如：

（1）在加工螺纹中总会有不合格品产生，如不及时返修，改车后再另行返修不合格品，第一件返修件的螺纹起始点不易找到，成功率低，易造成废品。

（2）螺纹加工选择粗、精车用不同转速加工，是为了便于操作者根据实际需要，选择更合理的切削参数。如车削有些螺纹，粗车时需要用合金刀具，需高转速加工，而精车又需要用高速钢刀具，需低转速加工。调整两把刀加工的螺纹重合，相当麻烦。

（3）编程失误造成废品。如螺纹刀车完螺纹后，倒角处有毛刺，换刀用外圆刀取毛刺后，再用螺纹刀对螺纹进行光刀，如在车螺纹和对螺纹进行光刀时，前后编程转速不同会造成前后螺纹不重合，致使工件报废。

故希望数控车床系统增加用不同转速加工螺纹自动重合的功能。此功能有以下优点：

（1）返修不合格螺纹时更方便。在返修试车削过程中，低速更便于观察试车螺纹刀是否与需返修螺纹重合。如机床系统有该功能，低速观察重合后，不用再调整起刀点，直接改高速车削返修加工，达到提高返修螺纹效率和质量的作用。例如：返修M10×1外螺纹不合格品时，因在选用低速100r/min，试车螺纹时，更容易观察螺纹刀是否与工件原螺纹重合并进行调整，从而减少调整失误。低速对螺纹刀与原螺纹调整重合后，不用重新调整螺纹刀起刀点，就可变速选用1 000r/min，直接进行高速加工返修。这样就能提高不合格品返修效率和返修质量。

（2）便于操作者根据实际加工需要选择更合理的切削参数。

（3）减少加工螺纹时因编程失误，造成废品甚至损坏刀具和机床。为充分扩大用多把螺纹刀，分粗、精车削加工螺纹工艺的优点并推广和应用，需要系统生产厂家，给系统增加变速车螺纹自动重合的功能。

根据此工艺需要，认识到系统增加变速车螺纹自动重合功能的必要性，数控车床配置的系统上开发成功，并已面向用户。具体操作如下：宝机系统（B80T/B60）具有变速车螺纹功能，需要设置参数102049，参数设置：

①自动或手动方式下，运行Z轴，Z轴运行速度为1 000mm/min。

②通过ALT+左右光标键，切换系统右上角小视窗显示内容为“跟踪误差”（见图1）。

③将Z轴以1 000mm/min运行时，Z轴的跟踪误差值填入参数102049中（见图2）。

实际应用举例：

加工车床主轴用镶铜柱锁紧螺母（M100×2），因螺母本体是45钢材料并经热处理调质，硬度较高，螺母径向又镶有铜柱，铜柱硬度低，导致螺母软硬不均，车削螺纹过程中，螺纹刀刀尖受到的切削力和冲击力不均匀，螺纹刀尖易损坏，螺纹牙型不好，造成螺纹不合格、加工过程不稳定。

具体加工编程为：

T0101为粗车螺纹刀，T0202为精车螺纹刀。两把螺纹刀，Z0相同，螺母厚度30mm。

G99 M3 S400 T0101

GO X95 Z5

G92 X98.8 Z-30

X99.3

X99.7

X100.0

X100.2

X100.3

GO Z200

G99 M3 S600 T0202

GO X95 Z5

G92 X100 .2 Z-30（）

XX100.3

X100.4

X100.5

GO X200 Z200

M30

粗车螺纹刀给精车螺纹刀具体预留加工余量大小要根据机床刚性、刀具刚性和螺纹牙型等因素来确定。尽量保证预留加工量要小，一般三角螺纹，精车刀最多车削三刀成活。

如上例中，精车螺纹刀编程车削虽然为四刀，但第一刀实际几乎不用参与切削，主要是用来进行预判断：

①粗车螺纹刀加工螺纹是否与精车刀加工螺纹重合。

②粗车螺纹刀刀片是否严重损坏。在螺纹加工过程中，粗车螺纹刀片损坏严重要及时更换，以免影响与精车螺纹刀加工螺纹重合度、影响精车加工尺寸稳定性、增大机床负荷和损坏刀具。粗、精车削螺纹加工过程中，螺纹重合发生变化，或粗车给精车留量变大，要尽量调整粗车螺纹刀X向尺寸和Z向尺寸。这样对螺纹成活尺寸影响小，尽量不调整精车螺纹刀尺寸。观察螺纹重合程度，可用涂色法观察精车螺纹刀车削出屑状况和形状。