随着数控机床的普及， 现在已经广泛使用数控机床加工螺纹、齿轮(探讨和解决齿轮传动系统)等各方面， 大大提高了加工效率和精度。目前数控机床螺纹加工主要是在数控车床上进行， 也有用数控铣削的方法加工螺纹， 即是利用数控铣床三轴联动数控加工系统实现螺纹加工。由于数控机床本身在速度控制、位置控制和精度控制等方面的特点， 数控机床螺纹加工与传统螺纹加工方式相比， 在加工精度、加工效率等方面都具有明显的优势。
目前主流数控系统 ( FANUC 、 GSK 等 ) 提供了单一螺纹加工指令 G32 、变螺距螺纹加工指令 G34、攻丝循环指令 G33 和螺纹固定循环加工指令 G92、G76.这些指令， 在走刀路线、进给方式、切削用量分配等方面各有特点， 适用于不同的螺纹加工。此外， 虽然数控加工大大提高了螺纹加工的效率和精度，但在具体的加工中也同样面临一些工艺问题。这些工艺问题直接影响了螺纹加工的精度和效率。因此， 数控加工螺纹不仅要在编程指令上合理选择， 而且要在工艺上合理安排， 才能高效、高精度、稳定可靠地加工螺纹， 充分发挥数控加工的优势。
1 螺纹车削加工编程指令的选用
1.1 螺纹车削加工指令的比较
1.2 螺纹加工指令的选用
螺纹加工在不同数控系统中指令格式略有差异，但原理是相同的。简而言之， 小螺距螺纹加工时宜用G32或 G92， 大螺距螺纹加工时宜用 G76， 变螺距螺纹用 G34; 加工高精度小螺距螺纹宜用 G32、 G92;加工高精度、大螺距螺纹时可采用 G92、 G76混合编程， 先用 G76 粗加工， 再用 G92 精加工[ 2]; 轴向小直径内螺纹可以用 G33编程。在实际编程和加工中要根据螺纹精度、尺寸、材质等因素合理选择、灵活使用以上 4种指令。在保证技术要求的前提下， 努力简化程序， 提高编程和加工效率。
2 螺纹数控车削加工中的工艺处理
2.1 刀具材料和刀具结构
由于数控加工的特点， 传统高速钢车刀已不能满足数控加工的需要。车铸铁材料上的螺纹用 YG 类硬质合金， 车钢件材料用 YT类硬质合金， 如 YT15.该刀具材料既适合粗加工又适合精加工， 通用性较强。对于加工效率要求较高的场合， 可以选用适合于高速车削的聚精金刚石 ( PCD) 刀具。螺纹车刀有整体式和机夹式， 机夹式螺纹车刀用量在逐渐增多。机夹车刀的刀片又分为硬质合金未涂层刀片和涂层刀片， 前者主要用来加工有色金属， 后者用来加工钢材、铸铁、不锈钢、合金材料等， 涂层可以大幅度延长刀片的寿命.
2.2 刀具形状和角度
螺纹加工进刀包括直进法和斜进法。无论哪种方法， 最终螺纹表面的加工都是成形刀具加工， 无论是三角螺纹， 还是梯形螺纹， 车刀的形状都被直接复制到工件上， 因此刀具的形状制作是否准确很重要。实际加工中， 特别对塑性材料而言， 在高速切削螺纹的时候实际牙型角会略有扩大， 所以粗车刀、半精车刀刀尖角应小于理论牙形角一定值， 如普通螺纹可以控制在 59.5 左右。同时粗车刀的角度要比精车刀的角度小。精车刀刀尖角也不可大于理论值。关于前角， 粗车刀可以取大些 ( 5 ~ 10 )。刀刃锋利， 便于排屑和减少切削阻力， 切削轻快。精车刀，则必须保证前刀面和水平面平行， 即径向前角为 0 ，以保证牙形角正确[2].对于内螺纹前角取上限值。
螺纹加工中， 由于螺旋升角的存在， 使实际切削时的工作前角和后角发生了改变， 如图 1所示。理论上而言， 朝向切削方向的后角要加一个螺旋升角， 而朝向已切削端的后角要减去一个螺旋升角。实际生产中， 一般车削小螺距螺纹时， 因为小螺距的螺纹螺旋升角很小， 工作后角改变不大， 只要静态后角在正常范围 ( 3 ~ 5 ) 就可以正常切削， 故可以不考虑螺旋升角。但如果车削大螺距螺纹或者多头螺纹， 螺旋升角大， 工作后角相对理论后角改变太大的话， 则需要做相对调整。
可以改变装刀角度， 来改变实际的工作前角。有些企业在加工中采用法向装刀的方 法，即使刀具的基面与轴线成螺旋升角的角度， 使车刀两侧切削刃组成的平面垂直于螺旋线装夹。这时两侧刀刃的工作前角都为0 ， 可以消除螺纹升角的影响， 保持两侧切削顺畅，如图 2所示。显然这样会影响牙型的准确性， 精加工时不亦采用。
2.3 切削用量
螺纹加工要求主轴转速和刀具的进给速度之间保持严格的速比关系。即主轴每转一转， 刀具应均匀地移动一个导程的距离。由于一般螺距远大于车外圆时的每转进给值， 所以主轴转速不可随意， 主轴转速 S与 F值的乘积不得大于轴向进给限制值。一旦超过，有些系统就会报警[ 3]; 有些系统则会将导程变小， 零件报废; 更有的系统甚至会发生危险， 刀架撞到卡盘上。
另一方面， 刀具切削部分在螺纹加工时的工作条件是非常恶劣的， 不仅切削力大， 而且摩擦剧烈， 发热严重， 刀具材料本身对切削线速度也有一定的限制。一般尺寸的螺纹加工， 主轴转速 S 控制在 60~ 200 r/m in即可。特殊大尺寸螺纹， 有必要验算线速度 (公式 v= S ? d， v为线速度， d为切削处的直径 )，不再赘述。
具有螺纹切削功能的机床都装有主轴编码器， 由系统内部参数设置主轴与编码器的传动比。切削螺纹时， 系统收到主轴编码器一转信号才移动 x 轴或 z轴、开始螺纹加工， 因此只要不改变主轴转速， 可以分粗车、精车多次切削完成同一螺纹的加工。螺纹加工进刀量可以参考螺纹底径和刀具、工件材料性能来确定。螺纹小径 =大径 - 2倍牙高; 牙高 =0.54 P (P为螺距 )。目前一般资料上的吃刀量数据， 最小值为 0.1 mm， 这是对于普通螺纹而言。但对于传动螺纹， 要根据刀具、精度要求等情况选择。
2.4 工件和刀具装夹
工件安装要牢固平稳， 还要考虑工件本身的刚性。刚性不足， 则不能承受车削时的切削力， 产生过大的挠度， 改变了车刀与工件的中心高度， 工件被抬高了， 形成切削深度突增， 出现扎刀现象。此时应把工件装夹牢固， 可使用尾座顶尖等， 以增加工件刚性。在安装螺纹车刀时要尽量减少伸出长度， 防止刀杆刚性不足而产生振动。刀杆要垂直于主轴方向， 保证牙型准确对称。
理论上， 螺纹车刀安装高度要与回转轴线等高。过高或过低都会出现扎刀现象。安装过高， 则吃刀到一定深度时， 后刀面顶住工件， 增大摩擦力， 甚至把工件顶弯， 造成扎刀; 安装过低， 则切屑不易排出，车刀径向力的方向是工件中心， 加上横进丝杠与螺母间隙的影响， 致使吃刀深度不断自动趋向加深， 从而把工件顶起， 出现扎刀。实际经验表明， 粗车、半精车时理想的刀尖位 置是比工件中心略高 0?1 ~ 0?3 mm [ 4]， 或者刀尖位置比工件的中心高出 1% d 左右 (d 表示被加工工件直径 )。精车时则应力求使刀尖和螺纹中心等高。
2.5 加工过程控制
主流数控系统， 在螺纹螺距确定的条件下， 螺纹切削时 x轴、z轴的移动速度由主轴转速决定， 与切削进给速度倍率无关， 即机床面板上的进给控制按钮在螺纹加工时无效， 主轴倍率控制有效[ 5].主轴转速发生变化时， 由于 x 轴、z 轴加减速难以完全一致，会使螺距产生误差， 因此， 螺纹切削时不可进行主轴转速调整， 更不要停止主轴， 主轴停止将可能导致刀具和工件损坏。为了保证表面切削质量和减少刀具磨损， 螺纹加工中一般应采用液体冷却和润滑。
3. 螺纹编程和加工中的常见问题
3.1 多线螺纹乱扣
多线螺纹加工， 有两种情况。如果某系统的编程指令格式中有螺纹头数参数或起始角参数， 用编程参数定义头数， 不会出现乱扣情况。如果没有， 可以利用偏移螺纹加工编程起点 z向值的方法， 利用 G32加工多头螺纹。但此时要注意， 在每次螺纹加工起点定位时， 最好先加入 T0200程序段 (设螺纹刀为 02号刀 )， 清除刀补， 然后再重新用 T0202调用刀补。否则多数系统都可能发生乱扣现象。
3.2 螺纹外径控制
由于螺纹多数为塑性材料， 需考虑螺纹加工牙型的膨胀量。一般连接螺纹加工前的工件直径等于螺纹公称直径减去0.1 P， 即螺纹大径减 0.1螺距， 一般根据材料变形能力大小取比螺纹大径小 0.1~ 0.5 mm。
对于铸铁等脆性材料, 一般不必考虑。对于精度高的传动螺纹, 则要在加工中及时测量, 不可按经验公式控制尺寸。
3.3 对刀
普通螺纹加工可以直接用刀具试切对刀, 用G50设置工件零点。多件加工时用工件移动配合G50设置工件零点。一般螺纹加工对刀要求不是很高, 特别是z 向对刀没有严格的限制。但螺纹中径要求高时,x 轴要准确对刀, 并且x 轴应适当留余量。可以在x轴刀补中叠加适当的正向刀补, 以便加工中通过改变刀补控制直径尺寸, 避免过切。
3.4 螺纹加工起点设置
车螺纹时, 刀具沿螺纹方向的进给应与工件主轴旋转保持严格的速比关系。而刀具从停止状态到达指定的进给速度或从指定的进给速度降为零, 驱动系统必须有一个过渡过程, 因此沿轴向进给的加工路线长度除保证加工螺纹长度外, 还应该增加刀具引入距离1 和刀具切出距离 2。一般 1 & 2 = P 即可。受机床性能限制, 多数中低档机床在使用G92、G76等径向快速进刀的指令时, x 向一般要留有几毫米的距离, 以利于降速。否则螺纹径向尺寸难以保证。
4 结语
螺纹车削加工具有特殊性, 不仅要合理选择编程指令, 而且要在刀具材料、刀具角度、切削参数和加工过程控制等多方面采取措施, 才能保证螺纹加工质量和效率。螺纹加工指令在不同系统中其格式略有差异, 但原理是相同的。根据加工对象的特点和加工技术要求, 选择适当的编程方式, 采取合理的工艺措施, 是获得理想加工质量和加工效率的保证。
