浅谈数控车加工螺纹时的常见故障及解决方法

浅析数控车床加工螺纹时的常见故障及解决方法

——李小军

摘要: 螺纹加工是数控车床加工中的一个重点, 而我们在进行螺纹加工过程中会经常遇到各种各样的故障。怎么才能提高螺纹加工的质量及经济效益是加工人员追求的目标。本文从实际应用出发, 阐述了在数控车床上加工螺纹时,由于设备、刀具或者操作人员的原因,在切削过程中容易发生的故障,以及解决办法。

关键词:数控车床加工螺纹;常见故障;解决方法

螺纹是在圆柱或圆锥表面上,沿着螺旋线所形成的,具有相同剖面和规定牙型的连续凸起和沟槽。在各种机械产品中,带有螺纹的零件应用十分广泛。它主要用作联接零件、传动零件、紧固零件和测量用的零件等等。在车床上加工螺纹,是比较常用的螺纹加工方法之一。

随着科学技术的发展,数控车床的普及,在数控车床上车削螺纹在机械加工中被越来越多的使用。数控车床以加工精度高、产品统一性好、加工范围广、调试方便(特别是它能精密加工在普车上比较难加工的一些特殊表面零件)等优势在机械加工中占有越来越重要的地位。在数控车床(如GSK980TD )上能车削米制、英寸制、模数和径节制四种标准螺纹,还能车削变螺距螺纹,端面螺纹等。无论车削哪一种螺纹,数控车床主轴与刀具之间必须保持严格的运动关系:即主轴每转一转(即工件转一转) ,刀具应均匀地移动一个(工件的) 导程的距离。它们的运动关系是这样保证的:主轴带着工件一起转动,主轴的运动状态由一根同步皮带传送到主轴编码器,主轴编码器检测到主轴的转速以后,

将信息反馈到机床主系统信息处理中心,主系统再根据程序编制的导程发出指令控制主轴每转一转X 轴或Y 轴移动一个导程的距离(主要是为了获得各种螺距),以保证主轴与刀具之间严格的运动关系。

在数控车床上车削螺纹,由于主机系统能同时控制主轴与X 、Y 轴的运动,而且数控车床是以um 为单位的,所以能获得精确的螺距。但是在实际车削螺纹时,由于各种原因(如主轴同步传动皮带磨损,X 、Y 轴丝杆磨损,刀具磨损,机床检测系统错误等)造成由主轴到刀具之间的运动,在某一环节出现问题,引起车削螺纹时产生故障,影响正常生产,这时应及时加以解决。在数控车床上车削螺纹时常见故障及解决方法如下:

一、乱扣:

故障分析:原因是当丝杠转一转时,工件未转过整数转而造成的。

主要原因有:

1、机床主轴编码器同步传动皮带磨损,检测不到主轴的同步真实转速;

2、编制输入主机的程序不正确;

3、X 轴或Y 轴丝杆磨损。

解决方法:

1、主轴编码器同步皮带磨损:由于数控车床车削螺纹时,主轴与车刀的运动关系是由机床主机信息处理中心发出的指令来控制的,车削螺纹时,主轴转速恒定不变,X 或Y 轴可以根据工件导程大小和主轴转速来调整移动速度,所以机床主机信息处理中心必须检测到主轴同步真实转速,以发出正确指令控制X 或Y 轴正确移动。如果系统检测不到主轴的真实转速,在实际车削时会发出不同的指令给X 或Y ,那么这时主轴转一转,刀具移动的距离就不是一个导程,第二刀车削时螺纹就会乱扣。这种情况下,我们只有维修机床,更换主轴

同步皮带。

2、编制输入的程序不正确:我们知道,车削螺纹时为了防止乱扣,必须保证后一刀车削轨迹要与前一刀车削轨迹重合,在普车上我们用倒顺车法来预防乱扣。在数控车床上,我们用程序来预防乱扣,就是在编制加工程序时,我们用程序控制螺纹刀在车削前一刀后,退刀,使后一刀起点位置与前一刀起点位置重合(相当于在普车上车削螺纹时,螺纹刀退回到前一刀所车出的螺旋槽内),这样车出的螺纹就不会乱扣。有时,由于程序输入的导程不正确(后一段程序导程与前一段程序导程不一致),车削时也会出现乱扣现象。

例一: ………………………

G00 X 20 ;

Z 5;

G32 Z -20 F 200;

G00 X 30;

Z 5;(后一刀起点位置与前一刀起点位置重合,螺纹不

会乱扣)

X 19;

G32 Z -20 F 200;(后一段程序导程与前一段程序导程一致,

螺纹不会乱扣)

………………………

例二: ………………………

G00 X 20;

Z 5;

G32 Z -20 F 200;

G00 X 30;

Z 4;(后一刀起点位置与前一刀起点位置不重合,螺纹会

乱扣)

G32 Z -20 F 220;(后一段程序导程与前一段程序导程不一

致,螺纹会乱扣)

………………………

3、X 轴或Y 轴丝杆磨损严重:维修机床,更换X 轴或Z 轴丝杆。

二、扎刀:

故障分析:

1、车刀的前角太大,机床X 轴丝杆间隙较大;

2、车刀安装得过高或过低;

3、工件装夹不牢;

4、车刀磨损严重;

5、切削用量太大。

解决方法:

1、减小车刀前角,维修机床调整X 轴的丝杆间隙,利用数控车床的丝杆间隙自动补偿功能补偿机床X 轴丝杆间隙;

2、车刀安装得过高或过低:过高,则吃刀到一定深度时,车刀的后刀面顶住工件,增大摩擦力,甚至把工件顶弯,造成扎刀现象;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过大,致使吃刀深度不断自动趋向加深,从而把工件抬起,出现扎刀。此时,应及时调整车刀高度,使其刀尖与工件的轴线等高(可利用尾座顶尖对刀) 。在粗车和半精车

时,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) 。

3、工件装夹不牢:工件本身的刚性不能承受车削时的切削力,因而产生过大的挠度,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,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。

4、车刀磨损严重:引起切削力增大,顶弯工件,出现扎刀。此时应对车刀加以修磨。

5、切削用量(主要是背吃刀量和切削速度) 太大:根据工件导程大小和工件刚性选择合理的切削用量。

三、牙型不正确:

原因主要有:

1、车刀刀尖刃磨不正确;

2、车刀安装不正确;

3、车刀磨损。

解决方法:

1、车刀刀尖刃磨不正确:正确刃磨和测量车刀刀尖角度,对于牙型角精度要求较高的螺纹车削,可以用标准的机械夹固式螺纹刀车削,或者把螺纹刀用磨床刃磨。

2、车刀安装不正确:装刀时用样板对刀,或者通过用百分表找正螺纹刀杆来装正螺纹刀。

3、车刀磨损:根据车削加工的实际情况,合理选用切削用量,及时修磨车刀。

四、螺距不正确

故障分析:

螺距不正确的原因主要有:

1、主轴编码器传送回机床系统的数据不准确;

2、X 轴或Y 轴丝杆和主轴的窜动过大;

3、编制和输入的程序不正确。

解决方法:

1、主轴编码器传送数据不准确:维修机床,更换主轴编码器或同步传送皮带;

2、X 轴或Y 轴丝杆和主轴窜动过大:调整主轴轴向窜动,X 轴或Y 轴丝杆间隙可以用系统间隙自动补偿功能补偿。

3、检视程序,务必使程序中的指令导程与图纸要求一致。

五、螺纹表面粗糙度大

故障分析:

原因主要有:

1、刀尖产生积屑瘤;

2、刀柄刚性不够,切削时产生震动;

3、车刀径向前角太大;

4、高速切削螺纹时,切削厚度太小或切屑向倾斜方向排出,拉毛已加工牙侧表面;

5、工件刚性差,而切削用量过大;

6、车刀表面粗糙度差。

解决方法:

1、用高速钢车刀切削时应降低切削速度,并正确选择切削液;

2、增加刀柄截面,并减小刀柄伸出长度;

3、减小车刀径向前角;

4、高速钢切削螺纹时,最后一刀的切屑厚度一般要大于0.1mm ,并使切屑沿垂直轴线方向排出;

5、选择合理的切削用量;

6、刀具切削刃口的表面粗糙度应比零件加工表面粗糙度值小2~3档次。 结束语

根据我在生产中的实践经验以及查阅参考《 车工实用技术手册》《车工工艺学》等资料,通过对螺纹加工缺陷的分析,并总结提出解决方法,消除了螺纹加工中的诸多缺陷,从而提高了学生的操作技能,使螺纹加工质量得到了大幅度提高。总之,车削螺纹时产生的故障形式多种多样,既有设备的原因,也有刀具、操作者等的原因,在排除故障时要具体情况具体分析,通过各种检测和诊断手段,找出具体的影响因素,采取有效的解决方法。

参考文献:

(1)期刊论文 数控车床的螺纹加工 - 成都航空职业技术学院学报2006,22(3)

(2)《数控机床编程与操作》中国劳动社会保障出版社2000年5月出版

(3)期刊论文 数控车床螺纹加工中光栅编码器的信号检测与处理 - 仪表技术与传感器2003(3)

(3)《GSK980TD 数控车床操作说明书》广州数控设备有限公司2006年1月第三版

(4)《车工工艺学》劳动人事出版社一九八四年出版

(5)《车工工艺与技能训练》中国劳动社会保障出版社2001年1月出版


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