馬建忠，馬志新

（南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電系，江蘇 南通 226010）

0 引言

隨著數(shù)控技術(shù)的普及與發(fā)展，數(shù)控加工及數(shù)控技能大賽中工件車削的難度越來越大，形狀也更復(fù)雜，螺紋也出現(xiàn)了多樣化，傳統(tǒng)的三角螺紋、梯形螺紋衍生出圓弧形螺紋、橢圓形螺紋等各類異形螺紋。[1]而此類螺紋用成型刀車削不太現(xiàn)實，一般采用擬合法加工。擬合法是用許多小線段來代替圓弧，線段越短，精度越高。[2]本文將運用擬合法理論，結(jié)合宏程序編程方法來探討橢圓牙形變節(jié)距螺紋的數(shù)控車削加工。

1 變節(jié)距橢圓牙形螺紋結(jié)構(gòu)及加工難點分析

1.1 變節(jié)距橢圓牙形螺紋結(jié)構(gòu)

圖1所示為變節(jié)距橢圓牙形圓柱螺紋，該螺紋的牙形是橢圓，橢圓的大小取決于橢圓的長軸a和短軸b，牙槽等寬而螺距逐漸增大。其主要參數(shù)為：

（1）牙槽寬——螺紋大徑處橢圓弦長，小于或等于橢圓長軸長度，且各牙槽等寬。

（2）螺距——橢圓螺紋上相鄰兩牙對應(yīng)點之間的軸向距離。而變節(jié)距橢圓牙形螺紋的螺距是由第一牙與第二牙對應(yīng)點之間的軸向距離來度量，如圖1中L所示。

（3）螺距增量——變節(jié)距橢圓形螺紋兩牙之間距離是變化的，螺距增量是相鄰兩牙螺距之差。第一牙是L，第二牙是L+△1直到最后牙是L+△n，相鄰兩牙螺距可增大或減小。

圖1 變節(jié)距橢圓牙形圓柱螺紋示意圖

1.2 加工難點分析

單獨橢圓或變節(jié)距螺紋可直接編制宏程序加工，但變節(jié)距橢圓牙形螺紋既要車出橢圓牙形又要保證螺距，且需考慮切深。要找出這幾點之間的關(guān)系，就需要利用多重宏程序嵌套編程加工。

一般成型刀的形狀沒有與所需弧形吻合，可以用35°偏刀或其他尖頭刀加工，即可達到刀具后角不與已加工橢圓牙形產(chǎn)生干涉的效果。零件的一次加工余量如果比較大，會使螺紋牙底較深。并且一次切削會加大刀具與工件的接觸面，工件會產(chǎn)生振動，致使刀具磨損甚至損壞，從而影響所加工工件的質(zhì)量，所以應(yīng)采用逐次分層擬合加工。

2 基于擬合法的變節(jié)距橢圓牙形螺紋加工分析

2.1 橢圓牙形螺紋分層擬合加工

加工曲線不管有多復(fù)雜，都可等分為許多小線段，通過線段擬合曲線，這就是擬合法加工的精髓。橢圓牙形異形螺紋每個小線段的起始點與終點在數(shù)控車床工件坐標(biāo)系中的位置為X和Z，通過橢圓方程式（1）可以找到兩者之間的關(guān)系。橢圓在工件坐標(biāo)系的示意圖如圖2所示。

圖2 橢圓在工件坐標(biāo)系的示意圖

通過設(shè)置自變量（如Z坐標(biāo)）和因變量（如X坐標(biāo)）就可得出橢圓曲線上各點的坐標(biāo)，為逐次分層擬合加工做好刀位點數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備。

變節(jié)距橢圓牙形螺紋的逐次分層擬合加工的原理圖如圖3所示。所示兩層之間的距離為每次切削深度，每層軌跡為螺旋線11、22……nn。每一層由許多線段擬合為橢圓，第一層1點為起始點，開始第一條變節(jié)距螺旋線加工，刀具回起始點后再次計算并定位于2點，開始加工第二條變節(jié)距螺旋線，重復(fù)計算與加工直至n條變節(jié)距螺旋線，最終擬合出加工輪廓，切削形成所需的橢圓牙形。每層擬合線段越多，加工精度越高。當(dāng)余量較大時需分層加工，每層相應(yīng)的起始點位置都是變化的，第一層加工結(jié)束后刀具移動到第二層起始點位置并加工，利用以上闡述的擬合原理加工出此層輪廓，依據(jù)實際所需分為n層，逐次擬合加工直至最終輪廓。

圖3 擬合法加工原理圖

2.2 G34變節(jié)距螺紋加工指令介紹

以FANUC數(shù)控車床系統(tǒng)為例，其提供了車削變節(jié)距螺紋的功能指令G34，用于加工槽寬相等但螺距逐漸變化的螺紋。但隨機床附帶的操作說明書中對G34指令的使用一般未有具體說明，特在此詳細(xì)介紹其參數(shù)和使用方法，舉例如下。[3]

例：G34Z-50F6K1

G34——可變節(jié)距螺紋切削；

Z-50——車削螺紋終點位置；

F6——導(dǎo)程（單頭螺紋指螺距）為6mm；

K1——導(dǎo)程增量，每轉(zhuǎn)一圈導(dǎo)程增加1，即主軸旋轉(zhuǎn)一圈，導(dǎo)程由6逐漸變?yōu)?、8、9……如果是-1，每轉(zhuǎn)一圈導(dǎo)程減小1，即導(dǎo)程由6逐漸變?yōu)?、4、3……

3 實例編程

變節(jié)距橢圓螺紋加工零件實例圖如圖4所示，橢圓長軸為6mm，短軸為4mm，螺紋第一螺距為7，以每螺距1mm增加。該零件無法用普通螺紋程序直接編寫，需要依據(jù)橢圓公式設(shè)置變量，運用宏程序及其嵌套編制數(shù)控加工程序，并根據(jù)逐次分層擬合法進行數(shù)控加工。實際加工中，為實現(xiàn)高精度的加工，在必要的時候還需通過修改磨耗保證加工質(zhì)量。

圖4 變節(jié)距橢圓螺紋加工實例

編制程序（含注釋）如下：

T0101S300M03（35度偏刀）

G99

G00X35Z10

#6=32（粗加工時橢圓中心在X方向坐標(biāo)）

#1=3（橢圓長半軸）

#2=2（橢圓短半軸）

N2#3=3（Z軸空刀導(dǎo)入量）

N1#4=2*SQRT[1-#3*#3/9]

#5=#6-2*#4（X軸坐標(biāo)）

G00X#5Z[#3+3]

G34Z-45F5K1（變節(jié)距螺紋加工）

G00X40

Z10

#3=#3-0.1

IF[#3GE-3]GOTO1（判斷當(dāng)前加工層Z≥-3，橢圓未擬合加工完畢執(zhí)行N1）#6=#6-0.5（下一層深度計算）

IF[#6GE31]GOTO2(判斷當(dāng)前加工深度≥31，執(zhí)行N2進行下一層切削)

G00X100Z100M05

M30

根據(jù)以上編制的宏程序，我們成功進行了變節(jié)距橢圓異形螺紋零件的加工實踐，最終的加工零件實物圖如圖5所示：

圖5 變節(jié)距橢圓螺紋零件實際加工圖

4 結(jié)束語

隨著時代的進步，產(chǎn)品的升級換代，對數(shù)控加工技術(shù)提出了越來越高的要求。本文所提出的基于宏程序的變節(jié)距異形螺紋數(shù)控制車削加工設(shè)計，經(jīng)實踐表明，該設(shè)計使用逐次分層擬合加工法原理，并利用宏程序及其嵌套編制變節(jié)距橢圓牙形螺紋數(shù)控加工程序，可以簡化程序、工序，提高效率，使刀具更具有通用性，從而實現(xiàn)高質(zhì)量地加工。

[1]安麗萍.宏程序在車削橢圓面上螺旋槽時的應(yīng)用[J].機床與液壓,2013(10):175-176.

[2]袁名偉,吳立國.多區(qū)間宏程序嵌套在數(shù)控切削特種螺紋中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造工程,2011(6):33-35.

[3]嚴(yán)帥.數(shù)控車加工技術(shù)[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,2011.