论文部分内容阅读
【摘 要】 本文系本人多年从事车削加工技能教学的教学经验的一个小结，本文着重对教学难点之一《螺纹车削加工》的教学要点、教学过程中容易出现的问题，以及如何解决、如何突破难点等方面进行了探讨。文中涉及到刀具几何角度的选择和调整、切削用量的正确选择和调整、几种典型问题出现的原因分析和解决的办法。
【关键词】 车削加工；螺纹；刀具角度；乱扣；乱牙；进给；螺距
螺纹是在圆柱工件表面上，沿着螺旋线所形成的，具有相同剖面的连续凸起和沟槽。在机械制造业中，带螺纹的零件应用得十分广泛。用车削的方法加工螺纹，是目前常用的加工方法。在卧式车床（如CA6140）上能车削米制、英寸制、模数和径节制四种标准螺纹，无论车削哪一种螺纹，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，主轴的运动经挂轮传到进给箱；由进给箱经变速后（主要是为了获得各种螺距）再传给丝杠；由丝杠和溜板箱上的开合螺母配合带动刀架作直线移动，这样工件的转动和刀具的移动都是通过主轴的带动来实现的，从而保证了工件和刀具之间严格的运动关系。
在实际车削螺纹时，由于各种原因，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。车削螺纹时常见故障及解决方法如下：
一、螺旋升角
螺纹升角对车刀工作角度的影响
车螺纹时，因受螺旋线的影响，切削平面和基面的位置发生了变化，使车刀工作时的前角和后角与刃磨前角（静止前角）和刃磨后角（静止后角）的数值不同。变化的程度决定于工件螺纹升角的大小。三角形螺纹的螺纹升角一般比较小，影响也较小。但在车削矩形、梯形螺纹和螺距较大的螺纹时，影响就比较大。因此，在刃磨螺纹车刀时，必须考虑这个影响。
1.车刀两侧后角的变化
车刀两侧的工作后角一般取3°～5°。当不存在螺纹升角时（如横向进给车槽）。车刀两侧的工作后角与刃磨后角相同。从图5.14中可以看出，车右螺纹时，左侧的刃磨后角应等于工作后角加上螺纹升角；为了保证刀头有足够的强度，车刀右侧的刃磨后角应等于工作后角减去螺纹升角。即：
车削左螺纹时，情况就相反。
图5.14 螺纹升角对车刀两侧后角的影响
图5.15 螺纹升角对车刀两侧前角的影响
2.车刀两侧前角的变化
由于基面的位置发生了变化，车刀两侧的工作前角与刃磨前角（L）不相等。从图5.15a中可以看出，如果车刀两侧的刃磨前角均为0°，在车右螺纹时，右侧刃的工作前角为负值，切削不顺利，排屑也很困难。为了改善上述状况，可用图5.15b所示的方法，将车刀两侧切削刃组成的平面垂直于螺旋线装夹，使左侧刃的工作前角和右侧刃的工作前角均为0°；或在前刀面上沿两侧切削刃磨出较大前角的卷屑槽（图5.15c、d），使切削顺利并利于排屑。
3、螺纹车刀背前角γp对螺纹牙型角α的影响
螺纹车刀刀尖角（εr）的大小，决定于螺纹的牙型角（α）。刀尖角应等于牙型角。
图5.16 螺纹车刀纵向前角
为了使切削顺利和减小螺纹的表面粗糙度，高速钢螺纹车刀背前角一般取5°～15°，硬质合金螺纹车刀一般取0°。
螺纹车刀的背前角不等于0°时，两侧切削刃不通过工件轴线，车出的螺纹牙侧不是直线而是曲线，这种误差对要求不高的螺纹来说，可以忽略不计。但当背前角较大时，对牙型角的影响较大。
如图5·16所示三角形螺纹车刀，三角形ADE是螺纹车刀的前刀面，其背前角γp>O°，此时，两侧切削刃之间的夹角口（DAE）将小于所要求的刀尖角εr，。如果等于螺纹牙型角，车出的螺纹牙型角将大于规定要求。
当车刀纵向前角在5°～15°时，车刀两侧切削刃之间的夹角应比牙型角小1%°左右。
必须指出，纵向前角过大时，除了牙型变形较大之外，车削时还容易产生扎刀现象。
二、啃刀
故障分析：原因是车刀安装得过高或过低，工件装夹不牢或车刀磨损过大。
解决方法：
1、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，造成啃刀现象；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，出现啃刀。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）。
2、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，出现啃刀，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。
3、车刀磨损过大：引起切削力增大，顶弯工件，出现啃刀。此时应对车刀加以修磨。
三、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。
解决方法：
1、当车床丝杠螺距与工件螺距比值不成整倍数时：如果在退刀时，采用打开开合螺母，将床鞍摇至起始位置，那么，再次闭合开合螺母时，就会发生车刀刀尖不在前一刀所车出的螺旋槽内，以致出现乱扣。解决方法是采用正反车法来退刀，即在第一次行程结束时，不提起开合螺母，把刀沿径向退出后，将主轴反转，使车刀沿纵向退回，再进行第二次行程，这样往复过程中，因主轴、丝杠和刀架之间的传动没有分离过，车刀始终在原来的螺旋槽中，就不会出现乱扣。
2、对于车削车床丝杠螺距与工件妇距比值成整倍数的螺纹：工件和丝杠都在旋转，提起开合螺母后，至少要等丝杠转过一转，才能重新合上开合螺母，这样当丝杠转过一转时，工件转了整数倍，车刀就能进入前一刀车出的螺旋槽内，就不会出现乱扣，这样就可以采用打开开合螺母，手动退刀。这样退刀快，有利于提高生产率和保持丝杠精度，同时丝杠也较安全。 四、螺距不正确
故障分析：螺纹全长或局部上不正确，螺纹全长上螺距不均匀或螺纹上出现竹节纹。
解决方法：
1、螺纹全长上不正确：原因是挂轮搭配不当或进给箱手柄位置不对，可重新检查进给箱手柄位置或验算挂轮。
2、局部不正确：原因是由于车床丝杠本身的螺距局部误差（一般由磨损引起），可更换丝杠或局部修复。
3、螺纹全长上螺距不均匀：原因是：丝杠的轴向窜动、主轴的轴向窜动、溜板箱的开合螺母与丝杠不同轴而造成啮合不良、溜板箱燕尾导轨磨损而造成开合螺母闭合时不稳定、挂轮间隙过大等。通过检测：如果是丝杠轴向窜动造成的，可对车床丝杠与进给箱连接处的调整圆螺母进行调整，以消除连接处推力球轴承轴向间隙。如果是主轴轴向窜动引起的，可调整主轴后调整螺母，以消除后推力球轴承的轴向间隙。如果是溜板箱的开合螺母与丝杠不同轴而造成啮合不良引起的，可修整开合螺母并调整开合螺母间隙。如果是燕尾导轨磨损，可配制燕尾导轨及镶条，以达到正确的配合要求。如果是挂轮间隙过大，可采用重新调整挂轮间隙。
4、出现竹节纹：原因是从主轴到丝杠之间的齿轮传动有周期性误差引起的，如挂轮箱内的齿轮，进给箱内齿轮由于本身，制造误差、或局部磨损、或齿轮在轴上安装偏心等造成旋转中心低，从而引起丝杠旋转周期性不均匀，带动刀具移动的周期性不均匀，导致竹节纹的出现，可以修换有误差或磨损的齿轮。
五、中径不正确
故障分析：原因是吃刀太大，刻度盘不准，而又未及时测量所造成。
解决方法：精车时要详细检查刻度盘是否松动，精车余量要适当，车刀刃口要锋利，要及时测量。
六、螺纹表面粗糙
故障分析：原因是车刀刃口磨得不光洁，切削液不适当，切削速度和工件材料不适合以及切削过程产生振动等造成功。
解决方法是：正确修整砂轮或用油石精研刀具；选择适当切削速度和切削液；调整车床床鞍压板及中、小滑板燕尾导轨的镶条等，保证各导轨间隙的准确性，防止切削时产生振动。
七、乱牙
车螺纹和蜗杆时，都要经过几次进给才能完成。在第二次进给时，刀尖偏离前一次进给车出的螺旋槽，把螺旋槽车乱，称为乱牙。
产生乱牙后会使工件报废，所以必须了解乱牙产生的原因和预防方法。
1、产生乱牙的原因
产生乱牙的主要原因是：当丝杠转一转时，工件未转过整数转而造成的。
车螺纹和蜗杆时，工件和丝杠都在旋转，如提起开合螺母之后，至少要等丝杠转过一转，才能重新按下。当丝杠转过一转时，工件转了整数转，车刀就能进入前一刀车出的螺旋槽内，就不会产生乱牙。如丝杠转过一转之后，工件没有转过整数转，就要产生乱牙。
根据上述原理可知，当丝杠螺距是工件导程的整数倍时，就不会产生乱牙。
车蜗杆时，由于丝杠螺距不可能是蜗杆导程的整数倍，所以都要产生乱牙。
2、预防乱牙的方法
常用预防乱牙的方法是开倒顺车。即在一次行程结束时，不提起开合螺母，把刀沿径向退出后，将主轴反转，使车刀沿纵向退回，再进行第二次行程，这样往复过程中，因主轴、丝杠和刀架之间的传动没有分离过，车刀始终在原来的螺旋槽中.，就不会产生乱牙。
采用倒顺车时，主轴换向不能过快，否则车床传动部分受到瞬时冲击，使传动机件损坏。另外，在卡盘连接盘上应装有防松脱装置，以防卡盘从主轴上脱落。
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]《机械制造装备设计》/冯辛安主编.-2版.-北京：机械工业出版社
[2]《机械制造基础》孙学强主编.-北京：机构工业出版社，ISBN978-7-111-07104-4
[3]《车工生产实习》翁承恕，周根玲，邵高炎编写，翁承恕主编，劳动人事出版社出版，1985年11月，北京第一版书号：7238·0109
【关键词】 车削加工；螺纹；刀具角度；乱扣；乱牙；进给；螺距
螺纹是在圆柱工件表面上，沿着螺旋线所形成的，具有相同剖面的连续凸起和沟槽。在机械制造业中，带螺纹的零件应用得十分广泛。用车削的方法加工螺纹，是目前常用的加工方法。在卧式车床（如CA6140）上能车削米制、英寸制、模数和径节制四种标准螺纹，无论车削哪一种螺纹，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，主轴的运动经挂轮传到进给箱；由进给箱经变速后（主要是为了获得各种螺距）再传给丝杠；由丝杠和溜板箱上的开合螺母配合带动刀架作直线移动，这样工件的转动和刀具的移动都是通过主轴的带动来实现的，从而保证了工件和刀具之间严格的运动关系。
在实际车削螺纹时，由于各种原因，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。车削螺纹时常见故障及解决方法如下：
一、螺旋升角
螺纹升角对车刀工作角度的影响
车螺纹时，因受螺旋线的影响，切削平面和基面的位置发生了变化，使车刀工作时的前角和后角与刃磨前角（静止前角）和刃磨后角（静止后角）的数值不同。变化的程度决定于工件螺纹升角的大小。三角形螺纹的螺纹升角一般比较小，影响也较小。但在车削矩形、梯形螺纹和螺距较大的螺纹时，影响就比较大。因此，在刃磨螺纹车刀时，必须考虑这个影响。
1.车刀两侧后角的变化
车刀两侧的工作后角一般取3°～5°。当不存在螺纹升角时（如横向进给车槽）。车刀两侧的工作后角与刃磨后角相同。从图5.14中可以看出，车右螺纹时，左侧的刃磨后角应等于工作后角加上螺纹升角；为了保证刀头有足够的强度，车刀右侧的刃磨后角应等于工作后角减去螺纹升角。即：
车削左螺纹时，情况就相反。
图5.14 螺纹升角对车刀两侧后角的影响
图5.15 螺纹升角对车刀两侧前角的影响
2.车刀两侧前角的变化
由于基面的位置发生了变化，车刀两侧的工作前角与刃磨前角（L）不相等。从图5.15a中可以看出，如果车刀两侧的刃磨前角均为0°，在车右螺纹时，右侧刃的工作前角为负值，切削不顺利，排屑也很困难。为了改善上述状况，可用图5.15b所示的方法，将车刀两侧切削刃组成的平面垂直于螺旋线装夹，使左侧刃的工作前角和右侧刃的工作前角均为0°；或在前刀面上沿两侧切削刃磨出较大前角的卷屑槽（图5.15c、d），使切削顺利并利于排屑。
3、螺纹车刀背前角γp对螺纹牙型角α的影响
螺纹车刀刀尖角（εr）的大小，决定于螺纹的牙型角（α）。刀尖角应等于牙型角。
图5.16 螺纹车刀纵向前角
为了使切削顺利和减小螺纹的表面粗糙度，高速钢螺纹车刀背前角一般取5°～15°，硬质合金螺纹车刀一般取0°。
螺纹车刀的背前角不等于0°时，两侧切削刃不通过工件轴线，车出的螺纹牙侧不是直线而是曲线，这种误差对要求不高的螺纹来说，可以忽略不计。但当背前角较大时，对牙型角的影响较大。
如图5·16所示三角形螺纹车刀，三角形ADE是螺纹车刀的前刀面，其背前角γp>O°，此时，两侧切削刃之间的夹角口（DAE）将小于所要求的刀尖角εr，。如果等于螺纹牙型角，车出的螺纹牙型角将大于规定要求。
当车刀纵向前角在5°～15°时，车刀两侧切削刃之间的夹角应比牙型角小1%°左右。
必须指出，纵向前角过大时，除了牙型变形较大之外，车削时还容易产生扎刀现象。
二、啃刀
故障分析：原因是车刀安装得过高或过低，工件装夹不牢或车刀磨损过大。
解决方法：
1、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，造成啃刀现象；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，出现啃刀。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）。
2、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，出现啃刀，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。
3、车刀磨损过大：引起切削力增大，顶弯工件，出现啃刀。此时应对车刀加以修磨。
三、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。
解决方法：
1、当车床丝杠螺距与工件螺距比值不成整倍数时：如果在退刀时，采用打开开合螺母，将床鞍摇至起始位置，那么，再次闭合开合螺母时，就会发生车刀刀尖不在前一刀所车出的螺旋槽内，以致出现乱扣。解决方法是采用正反车法来退刀，即在第一次行程结束时，不提起开合螺母，把刀沿径向退出后，将主轴反转，使车刀沿纵向退回，再进行第二次行程，这样往复过程中，因主轴、丝杠和刀架之间的传动没有分离过，车刀始终在原来的螺旋槽中，就不会出现乱扣。
2、对于车削车床丝杠螺距与工件妇距比值成整倍数的螺纹：工件和丝杠都在旋转，提起开合螺母后，至少要等丝杠转过一转，才能重新合上开合螺母，这样当丝杠转过一转时，工件转了整数倍，车刀就能进入前一刀车出的螺旋槽内，就不会出现乱扣，这样就可以采用打开开合螺母，手动退刀。这样退刀快，有利于提高生产率和保持丝杠精度，同时丝杠也较安全。 四、螺距不正确
故障分析：螺纹全长或局部上不正确，螺纹全长上螺距不均匀或螺纹上出现竹节纹。
解决方法：
1、螺纹全长上不正确：原因是挂轮搭配不当或进给箱手柄位置不对，可重新检查进给箱手柄位置或验算挂轮。
2、局部不正确：原因是由于车床丝杠本身的螺距局部误差（一般由磨损引起），可更换丝杠或局部修复。
3、螺纹全长上螺距不均匀：原因是：丝杠的轴向窜动、主轴的轴向窜动、溜板箱的开合螺母与丝杠不同轴而造成啮合不良、溜板箱燕尾导轨磨损而造成开合螺母闭合时不稳定、挂轮间隙过大等。通过检测：如果是丝杠轴向窜动造成的，可对车床丝杠与进给箱连接处的调整圆螺母进行调整，以消除连接处推力球轴承轴向间隙。如果是主轴轴向窜动引起的，可调整主轴后调整螺母，以消除后推力球轴承的轴向间隙。如果是溜板箱的开合螺母与丝杠不同轴而造成啮合不良引起的，可修整开合螺母并调整开合螺母间隙。如果是燕尾导轨磨损，可配制燕尾导轨及镶条，以达到正确的配合要求。如果是挂轮间隙过大，可采用重新调整挂轮间隙。
4、出现竹节纹：原因是从主轴到丝杠之间的齿轮传动有周期性误差引起的，如挂轮箱内的齿轮，进给箱内齿轮由于本身，制造误差、或局部磨损、或齿轮在轴上安装偏心等造成旋转中心低，从而引起丝杠旋转周期性不均匀，带动刀具移动的周期性不均匀，导致竹节纹的出现，可以修换有误差或磨损的齿轮。
五、中径不正确
故障分析：原因是吃刀太大，刻度盘不准，而又未及时测量所造成。
解决方法：精车时要详细检查刻度盘是否松动，精车余量要适当，车刀刃口要锋利，要及时测量。
六、螺纹表面粗糙
故障分析：原因是车刀刃口磨得不光洁，切削液不适当，切削速度和工件材料不适合以及切削过程产生振动等造成功。
解决方法是：正确修整砂轮或用油石精研刀具；选择适当切削速度和切削液；调整车床床鞍压板及中、小滑板燕尾导轨的镶条等，保证各导轨间隙的准确性，防止切削时产生振动。
七、乱牙
车螺纹和蜗杆时，都要经过几次进给才能完成。在第二次进给时，刀尖偏离前一次进给车出的螺旋槽，把螺旋槽车乱，称为乱牙。
产生乱牙后会使工件报废，所以必须了解乱牙产生的原因和预防方法。
1、产生乱牙的原因
产生乱牙的主要原因是：当丝杠转一转时，工件未转过整数转而造成的。
车螺纹和蜗杆时，工件和丝杠都在旋转，如提起开合螺母之后，至少要等丝杠转过一转，才能重新按下。当丝杠转过一转时，工件转了整数转，车刀就能进入前一刀车出的螺旋槽内，就不会产生乱牙。如丝杠转过一转之后，工件没有转过整数转，就要产生乱牙。
根据上述原理可知，当丝杠螺距是工件导程的整数倍时，就不会产生乱牙。
车蜗杆时，由于丝杠螺距不可能是蜗杆导程的整数倍，所以都要产生乱牙。
2、预防乱牙的方法
常用预防乱牙的方法是开倒顺车。即在一次行程结束时，不提起开合螺母，把刀沿径向退出后，将主轴反转，使车刀沿纵向退回，再进行第二次行程，这样往复过程中，因主轴、丝杠和刀架之间的传动没有分离过，车刀始终在原来的螺旋槽中.，就不会产生乱牙。
采用倒顺车时，主轴换向不能过快，否则车床传动部分受到瞬时冲击，使传动机件损坏。另外，在卡盘连接盘上应装有防松脱装置，以防卡盘从主轴上脱落。
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]《机械制造装备设计》/冯辛安主编.-2版.-北京：机械工业出版社
[2]《机械制造基础》孙学强主编.-北京：机构工业出版社，ISBN978-7-111-07104-4
[3]《车工生产实习》翁承恕，周根玲，邵高炎编写，翁承恕主编，劳动人事出版社出版，1985年11月，北京第一版书号：7238·0109