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【摘 要】 在当前的机械制造领域中，梯形螺纹被广泛应用于传动系统制造中，对于螺纹精度有着较为严格的要求。同时，由于梯形螺纹的形态相对比较复杂，较常规意义上的三角形螺纹而言，螺距更大、牙型更高，抗切削力较大，加工精度要求高，因而若直接按照常规三角形螺纹加工方法进行加工，可能导致所加工形成梯形螺纹的两侧较为粗糙，存在较大的切削余量。而为了提高使用数控车床对梯形螺纹进行加工的质量与水平，除要求明确相关的数控加工操作指令，对梯形螺纹加工方法进行合理优化以外，还需要掌握有关加工误差的修正措施，提高加工精度及可靠性水平。文章即依据这一实际情况，就使用数控车床对梯形螺纹进行加工的主要方法与加工技巧进行了详细研究与探讨，希望能够引起同行人员的特别关注。
【关键词】 数控车床;梯形螺纹;加工
【Abstract】 in the field of mechanical manufacturing， trapezoidal screw is widely used in the transmission system of manufacturing， have more stringent requirements for the accuracy of thread. At the same time， because of the trapezoidal thread form is relatively complex， a triangular thread in conventional sense， pitch， tooth type more more high， anti cutting force， high precision， so if directly according to the conventional triangular thread processing， both sides of the process may lead to the trapezoidal thread is rough， there are cutting margin larger. In order to improve the quality and level of CNC lathe processing of the trapezoidal thread， in addition to the requirements of CNC machining instructions clearly related to the outside， to optimize the trapezoidal thread processing method， also need to grasp the correction measures related to machining errors， improve the precision and the reliability level of processing. This article is on the basis of the actual situation， the main method is the use of CNC lathe processing of the trapezoidal thread and processing techniques are studied and discussed， hoping to draw special attention to peer staff.
【Key Words】 CNC lathe; trapezoidal threads; processing
研究数据显示：在使用普通机床对梯形螺纹进行加工作业的过程当中，大多存在耗时、耗力的问题，也往往对加工作业人员的操作经验也有极为严格的要求。为了改变这一现状，促进梯形螺纹加工水平的提升及加工稳定性的优化，引入数控车床，通过数控加工操作指令的方式，指导机床自动展开加工作业，剔除加工期间的人为误差问题，以保障梯形螺纹的加工精度可靠，加工质量有所保障。本文即针对相关问题展开详细分析与探讨。
1、数控加工操作指令分析
在使用数控机床对梯形螺纹进行加工的过程当中，所使用操作指令可以为G32指令。在以G32指令方式对梯形螺纹进行加固的过程当中，所遵循的一般加工格式如下所示：
G32.X（U）.Z（W）.F;
在该数控加工操作指令当中，X（U）、以及Z（W）所代表螺纹切削所对应的终点坐标参数;而F则代表数控加工期间的螺纹导程。结合该操作指令，在对梯形螺纹进行加工的过程当中，要求主要划分4个程序段完成加工作业，一个完成的数控加工循环应如下所示：
G0X20→X轴快速进刀操作;
G32X20Z-44F4→螺纹切削加工操作;
G0X24→X轴快速退刀操作;
G0Z5→Z轴快速退刀操作;
按照以上方式，梯形螺纹加工期间的车刀走刀路线如下图所示（见图1）。
G32加工梯形螺纹时如图所示，每一次加工分四步：进刀（AB）→切削（BC）→退刀（CD）→返回（DA）。
图1 梯形螺纹加工车刀走刀路线示意图
2、加工工艺分析
下图（见图2）为某梯形螺纹加工工件所对应的加工结构示意图。该工件的基本制造材料为C45钢，梯形螺纹基本尺寸为T36×6。加工过程中的基本参数设定标准为：1）加工长度200.0mm;2）牙型表面粗糙度3.2um;3）数控车床为TB数控系统。
图2 梯形螺纹加工工件加工结构示意图
结合上图数据，建议在使用数控车床完成梯形螺纹加工作业的过程当中，按照如下方式展开加工作业： 第一步，在梯形螺纹加工工件进行加工作业前，需要预先由专人对数控车床的加工精度进行检验校对，以确保数控车床所对应的精度水平能够支持梯形螺纹工件的实际加工需求;
第二步，对装夹方法进行合理选取：在数控车床对该梯形螺纹工件进行加工的过程当中，工件一端使用三抓卡盘夹持，工件另一端使用车床顶尖进行支撑。三抓卡盘夹持端口需要增设台阶，避免在数控加工过程当中因工件轴向窜动而产生严重的螺纹误差问题。同时，要求在顶尖支撑工件的过程当中，对其松紧度进行合理控制，避免因支撑过松而导致工件滑落或者是因支撑过紧而出现加工工件变形方面的问题;
第三步，对车削方法进行合理选取：对于梯形螺纹而言，加工过程当中的车削作业主要划分为两道基本工序，其一为粗车工序，其二为精车工序。在粗车工序作业期间，主要目的是对待加工工件进行开槽作业，开槽过程当中，需要以径向方向为标准，预留一定的加工余量（推荐加工余量水平为0.1～0.2mm）。同时，螺纹底径相对于顶径牙型两侧同样需要设置一定的加工余量（推荐加工余量水平为0.3～0.5mm。值得注意的一点是，此过程当中，加工余量可以由粗刀具两侧加以外形保证，适当提高其数据，从而补偿加工过程当中，因操作指令设置而可能致使数控系统出现的动态误差问题。在粗加工作业完成后，使用精车刀精车达到径向尺寸，此过程当中的背吃刀量建议控制在0.4～0.6mm范围之内。同时，加工过程当中的转动速度以120.0～150.0r/min为控制标准，同时，考虑到数控车床加工过程当中程序所对应的指令导程参数与进给量表示的进给速度，若转速太高，换算后的进给速度将大大超过正常值而导致加工困难。同时，转速也不能设置过低低，避免造成切削负荷大而停转，进而致使梯形螺纹加工失败。
同时，需要注意的问题是：刀具在其位移的始终，都将受到伺服系统升、降频率和数控装置插补运算速度的约束，由于升、降频率特性满足不了加工需要等原因，则可能因主运动、进给运动的“超前”和“滞后”，而导致开始和结束部位的部分螺纹螺距不符合要求，因此，螺纹加工程序中的刀具导入长度和切出长度应考虑充分。
第四步，对进刀方法的合理选取：在基于数控车床对梯形螺纹进行加工的过程当中，进刀方法选取为直进法。直进法进刀的主要工作原理为：车刀三棱同时展开原件切削作业，在此种进刀切削作业的实施过程当中，较易产生扎刀或者是震动方面的故障问题。而若能够采取基于偏移模式的刀具作业方法，即便车刀沿Z周方向移动，则车刀两棱可以避免产生扎刀、震动等一类问题，对于提高数控车床加工梯形螺纹精度、加工稳定性而言意义显著。
3、梯形螺纹在线检测与误差修正分析
对于梯形螺纹而言，多借助于齿厚游标卡尺对中径数值进行测量。此种测量方法的优势体现在：一方面，可实现测量作业的在线性与动态性，另一方面，可避免因测量作业而对梯形螺纹加工工件坐标系产生破坏或影响，在此基础之上，还可支持操作人员根据在线检测数据，对梯形螺纹所对应的刀具补偿参数进行合理调整，实现误差修正。为达到这一目标，要求在在线测量作业的实施过程当中，首先根据梯形螺纹加工工件的具体情况，对齿厚游标卡尺所对应的齿高尺寸进行合理的调整，确保其读数与螺纹中径到齿顶尺寸读数的一致性。进而，使用齿厚卡尺与螺纹轴线相交，形成螺纹角，并将该螺纹角视作螺纹中径齿厚数值。若测量数据存在误差，则要求在对刀具磨损补偿参数进行调整的同时，对梯形螺纹精加工程序进行重新运行，持续提高工件加工精度水平。
4、结束语
结合本文以上分析以及大量的实践工作经验可知：在使用数控车床对梯形螺纹进行加工的过程当中，由于数控车床自身具有良好的高精度定位优势（定位精度多可达到±0.01mm水平）以及重复性的定位精度优势（重复定位精度多可达到±0.005mm水平），因而可最大限度的保障所加工梯形螺纹具有高精度的水平优势。且数控车床加工剔除了梯形螺纹加工过程当中的人为误差问题，可确保加工质量的问题，提高加工生产效率，降低加工劳动力消耗。总而言之，本文主要就数控车床加工梯形螺纹的一般工艺流程以及加工过程当中的几点注意事项展开了详细分析与探讨，望能够引起各方人员的特别关注与重视。
参考文献：
[1]邓子林，黄竞业.基于宏程序的数控车梯形螺纹参数化加工应用研究[J].机床与液压，2011，39（24）：43-45.
[2]马晓明，姚振强.锯齿形螺纹的通用宏程序设计及加工精度分析[J].机械设计与研究，2008，24（3）：72-75.
[3]李虎强.S7520螺纹磨床加工直齿小模数齿条工装夹具设计及应用[J].制造技术与机床，2009，（8）：96-97.
[4]胡江平，李杰.成组技术在数控车床上加工矩形螺纹的应用[J].制造业自动化，2011，33（21）：53-54.
【关键词】 数控车床;梯形螺纹;加工
【Abstract】 in the field of mechanical manufacturing， trapezoidal screw is widely used in the transmission system of manufacturing， have more stringent requirements for the accuracy of thread. At the same time， because of the trapezoidal thread form is relatively complex， a triangular thread in conventional sense， pitch， tooth type more more high， anti cutting force， high precision， so if directly according to the conventional triangular thread processing， both sides of the process may lead to the trapezoidal thread is rough， there are cutting margin larger. In order to improve the quality and level of CNC lathe processing of the trapezoidal thread， in addition to the requirements of CNC machining instructions clearly related to the outside， to optimize the trapezoidal thread processing method， also need to grasp the correction measures related to machining errors， improve the precision and the reliability level of processing. This article is on the basis of the actual situation， the main method is the use of CNC lathe processing of the trapezoidal thread and processing techniques are studied and discussed， hoping to draw special attention to peer staff.
【Key Words】 CNC lathe; trapezoidal threads; processing
研究数据显示：在使用普通机床对梯形螺纹进行加工作业的过程当中，大多存在耗时、耗力的问题，也往往对加工作业人员的操作经验也有极为严格的要求。为了改变这一现状，促进梯形螺纹加工水平的提升及加工稳定性的优化，引入数控车床，通过数控加工操作指令的方式，指导机床自动展开加工作业，剔除加工期间的人为误差问题，以保障梯形螺纹的加工精度可靠，加工质量有所保障。本文即针对相关问题展开详细分析与探讨。
1、数控加工操作指令分析
在使用数控机床对梯形螺纹进行加工的过程当中，所使用操作指令可以为G32指令。在以G32指令方式对梯形螺纹进行加固的过程当中，所遵循的一般加工格式如下所示：
G32.X（U）.Z（W）.F;
在该数控加工操作指令当中，X（U）、以及Z（W）所代表螺纹切削所对应的终点坐标参数;而F则代表数控加工期间的螺纹导程。结合该操作指令，在对梯形螺纹进行加工的过程当中，要求主要划分4个程序段完成加工作业，一个完成的数控加工循环应如下所示：
G0X20→X轴快速进刀操作;
G32X20Z-44F4→螺纹切削加工操作;
G0X24→X轴快速退刀操作;
G0Z5→Z轴快速退刀操作;
按照以上方式，梯形螺纹加工期间的车刀走刀路线如下图所示（见图1）。
G32加工梯形螺纹时如图所示，每一次加工分四步：进刀（AB）→切削（BC）→退刀（CD）→返回（DA）。
图1 梯形螺纹加工车刀走刀路线示意图
2、加工工艺分析
下图（见图2）为某梯形螺纹加工工件所对应的加工结构示意图。该工件的基本制造材料为C45钢，梯形螺纹基本尺寸为T36×6。加工过程中的基本参数设定标准为：1）加工长度200.0mm;2）牙型表面粗糙度3.2um;3）数控车床为TB数控系统。
图2 梯形螺纹加工工件加工结构示意图
结合上图数据，建议在使用数控车床完成梯形螺纹加工作业的过程当中，按照如下方式展开加工作业： 第一步，在梯形螺纹加工工件进行加工作业前，需要预先由专人对数控车床的加工精度进行检验校对，以确保数控车床所对应的精度水平能够支持梯形螺纹工件的实际加工需求;
第二步，对装夹方法进行合理选取：在数控车床对该梯形螺纹工件进行加工的过程当中，工件一端使用三抓卡盘夹持，工件另一端使用车床顶尖进行支撑。三抓卡盘夹持端口需要增设台阶，避免在数控加工过程当中因工件轴向窜动而产生严重的螺纹误差问题。同时，要求在顶尖支撑工件的过程当中，对其松紧度进行合理控制，避免因支撑过松而导致工件滑落或者是因支撑过紧而出现加工工件变形方面的问题;
第三步，对车削方法进行合理选取：对于梯形螺纹而言，加工过程当中的车削作业主要划分为两道基本工序，其一为粗车工序，其二为精车工序。在粗车工序作业期间，主要目的是对待加工工件进行开槽作业，开槽过程当中，需要以径向方向为标准，预留一定的加工余量（推荐加工余量水平为0.1～0.2mm）。同时，螺纹底径相对于顶径牙型两侧同样需要设置一定的加工余量（推荐加工余量水平为0.3～0.5mm。值得注意的一点是，此过程当中，加工余量可以由粗刀具两侧加以外形保证，适当提高其数据，从而补偿加工过程当中，因操作指令设置而可能致使数控系统出现的动态误差问题。在粗加工作业完成后，使用精车刀精车达到径向尺寸，此过程当中的背吃刀量建议控制在0.4～0.6mm范围之内。同时，加工过程当中的转动速度以120.0～150.0r/min为控制标准，同时，考虑到数控车床加工过程当中程序所对应的指令导程参数与进给量表示的进给速度，若转速太高，换算后的进给速度将大大超过正常值而导致加工困难。同时，转速也不能设置过低低，避免造成切削负荷大而停转，进而致使梯形螺纹加工失败。
同时，需要注意的问题是：刀具在其位移的始终，都将受到伺服系统升、降频率和数控装置插补运算速度的约束，由于升、降频率特性满足不了加工需要等原因，则可能因主运动、进给运动的“超前”和“滞后”，而导致开始和结束部位的部分螺纹螺距不符合要求，因此，螺纹加工程序中的刀具导入长度和切出长度应考虑充分。
第四步，对进刀方法的合理选取：在基于数控车床对梯形螺纹进行加工的过程当中，进刀方法选取为直进法。直进法进刀的主要工作原理为：车刀三棱同时展开原件切削作业，在此种进刀切削作业的实施过程当中，较易产生扎刀或者是震动方面的故障问题。而若能够采取基于偏移模式的刀具作业方法，即便车刀沿Z周方向移动，则车刀两棱可以避免产生扎刀、震动等一类问题，对于提高数控车床加工梯形螺纹精度、加工稳定性而言意义显著。
3、梯形螺纹在线检测与误差修正分析
对于梯形螺纹而言，多借助于齿厚游标卡尺对中径数值进行测量。此种测量方法的优势体现在：一方面，可实现测量作业的在线性与动态性，另一方面，可避免因测量作业而对梯形螺纹加工工件坐标系产生破坏或影响，在此基础之上，还可支持操作人员根据在线检测数据，对梯形螺纹所对应的刀具补偿参数进行合理调整，实现误差修正。为达到这一目标，要求在在线测量作业的实施过程当中，首先根据梯形螺纹加工工件的具体情况，对齿厚游标卡尺所对应的齿高尺寸进行合理的调整，确保其读数与螺纹中径到齿顶尺寸读数的一致性。进而，使用齿厚卡尺与螺纹轴线相交，形成螺纹角，并将该螺纹角视作螺纹中径齿厚数值。若测量数据存在误差，则要求在对刀具磨损补偿参数进行调整的同时，对梯形螺纹精加工程序进行重新运行，持续提高工件加工精度水平。
4、结束语
结合本文以上分析以及大量的实践工作经验可知：在使用数控车床对梯形螺纹进行加工的过程当中，由于数控车床自身具有良好的高精度定位优势（定位精度多可达到±0.01mm水平）以及重复性的定位精度优势（重复定位精度多可达到±0.005mm水平），因而可最大限度的保障所加工梯形螺纹具有高精度的水平优势。且数控车床加工剔除了梯形螺纹加工过程当中的人为误差问题，可确保加工质量的问题，提高加工生产效率，降低加工劳动力消耗。总而言之，本文主要就数控车床加工梯形螺纹的一般工艺流程以及加工过程当中的几点注意事项展开了详细分析与探讨，望能够引起各方人员的特别关注与重视。
参考文献：
[1]邓子林，黄竞业.基于宏程序的数控车梯形螺纹参数化加工应用研究[J].机床与液压，2011，39（24）：43-45.
[2]马晓明，姚振强.锯齿形螺纹的通用宏程序设计及加工精度分析[J].机械设计与研究，2008，24（3）：72-75.
[3]李虎强.S7520螺纹磨床加工直齿小模数齿条工装夹具设计及应用[J].制造技术与机床，2009，（8）：96-97.
[4]胡江平，李杰.成组技术在数控车床上加工矩形螺纹的应用[J].制造业自动化，2011，33（21）：53-54.