邱小燕

摘 要： 在近幾年的職業(yè)技能競(jìng)賽數(shù)控車項(xiàng)目比賽中異形螺紋的加工成為一個(gè)常考點(diǎn)，由于此類螺紋的加工借助CAM軟件編程無(wú)法完成，因此有不少選手對(duì)于此類異形螺紋的程序編制思路和利用宏程序編程存在一定的困難，難以完成，影響競(jìng)賽成績(jī)。本文以利用外圓偏刀在錐度面上車削圓弧牙型螺紋為例對(duì)異性螺紋的宏程序編制的思路及程序的編制加以分析。

關(guān)鍵詞： 數(shù)控車 宏程序 異形螺紋

利用數(shù)控車床在非圓曲面上加工圓弧牙型螺紋時(shí)，經(jīng)常因加工方法與選擇刀具的不合理而出現(xiàn)尺寸誤差和表面粗糙度達(dá)不到要求的問(wèn)題。筆者針對(duì)實(shí)際圖例，結(jié)合數(shù)控車床的特點(diǎn)，利用外圓偏刀，編制宏程序的方法，成功解決了數(shù)控車床加工異形螺紋的難題。

一、錐度面上圓弧牙型螺紋加工的工藝分析

1.零件加工圖。

2.使用的加工方法

G32—等螺距螺紋插補(bǔ)

不同的數(shù)控系統(tǒng)對(duì)等螺距螺紋插補(bǔ)G32的格式和作用各有不同。一般表示單刀螺紋切削，單刀切削螺紋指令相當(dāng)于進(jìn)給速度由螺距值（轉(zhuǎn)進(jìn)給）來(lái)確定的軸移動(dòng)指令，由于螺紋深度必須幾次切削來(lái)完成，因此每完成一次螺紋切削動(dòng)作都必須具備四個(gè)指令動(dòng)作：G32（螺紋切削）→GOO（X向退刀）→G00（Z向退刀）→G00（X向進(jìn)刀至下一次螺紋的切深位置），如圖1-2所示：

圓錐的幾何尺寸計(jì)算如圖1-3所示：

3.螺紋在數(shù)控車床上基本的加工方法

（1）直進(jìn)法

又稱“成形法”。車削時(shí)，螺紋車刀沿X向間歇進(jìn)給至牙深處，Z向不移動(dòng)，直至將螺紋車好。采用此種方法加工三角形螺紋時(shí)，螺紋車刀的兩面都參加切削，車刀受力大，散熱難、磨損快、排屑難，每次進(jìn)給的切削深度不能過(guò)大。但所加工的螺紋牙型較準(zhǔn)確。因車刀刀尖參加切削，不僅容易產(chǎn)生“扎刀”現(xiàn)象，把牙型表面鏤去一塊，甚至造成因切削力大而使刀尖斷裂，損壞車刀，而且容易造成振動(dòng)。這種方法數(shù)控車床多采用指令G32、G92實(shí)現(xiàn)，可以看出，這種方法在加工螺距較大的三角形螺紋中一般不采用。該方法適宜加工螺矩<1.5mm的三角形螺紋。

（2）斜進(jìn)法

在加工螺紋時(shí)，為了操作方便，在每次往復(fù)幾次行程后，除橫向進(jìn)給外，縱向向一個(gè)方向作少量進(jìn)給，重復(fù)數(shù)次后，知道將螺紋車好。這種方法，避免了兩面面切削，但同左右切削法受力稍大，一般用在中等螺距的螺紋的切削加工上。該方法在數(shù)控車床上可采用G76指令實(shí)現(xiàn)。

（3）左右切削法

車削過(guò)程中，螺紋車刀在每次往復(fù)幾次行程后，除了作橫向進(jìn)刀外，同時(shí)車刀向左，向右進(jìn)給，這樣重復(fù)數(shù)次行程，直至將螺紋車好。采用此種方法加工三角形螺紋時(shí)，螺紋車刀始終只有一個(gè)側(cè)刃參加切削，從而使排屑比較順利，刀尖的受力和受熱減小，在車削中不易引起“扎刀”現(xiàn)象，降低了車削難度，從而保證螺紋尺寸精度和表面粗糙度。該方法尤其適合于用宏程序進(jìn)行編程加工。

（4）數(shù)控車削錐度圓弧牙型螺紋方法的選用

根據(jù)上述分析，數(shù)控車床車削錐度圓弧牙型螺紋采用“斜進(jìn)法”比較合適。在加工錐度圓弧牙型螺紋是使用主偏角90°刀尖角35°外圓偏刀加工，而不是使用成型刀加工，它在加工時(shí)無(wú)法進(jìn)行使用直進(jìn)和左右走刀，因此選擇“斜進(jìn)法”加工。

4.加工路線安排

由圖1-1所示，安排先利用外圓刀具加工完成外錐面，再在錐度面上加工出圓弧形螺紋。

5.車削錐度圓弧牙型螺紋的刀具選擇

由于加工的圓弧螺紋深度較淺，選擇刀具時(shí)只要考慮刀具可以下得去，刀具與工件不干涉就能完成，由于加工的螺紋圓弧半徑根據(jù)所加工工件的圖紙要求，可能會(huì)有所變化，因此如果選用圓弧成型刀具，就會(huì)造成成本增大，并且由于圓弧刀具在加工時(shí)的阻力較大，工件的表面粗糙度難以提高，在此我選擇比較常見(jiàn)的車削外錐面刀尖角為35°的外圓偏刀，這樣比用R2的圓弧成型刀具既減少了刀具的裝夾及對(duì)刀步，又大大提高了螺紋的表面粗糙度。

二、錐度圓弧牙型螺紋宏程序的編制（以外螺紋為例）

1.編程思路

首先用G71循環(huán)指令編制外錐面程序，利用35°的外圓偏刀每次車刀沿R2的圓弧面定位，用G32指令車削外錐軌跡路線加工螺紋，那么這就要考慮程序2層嵌套?；旧袭愋温菁y的加工思路都是刀具的定位為螺紋牙形形狀，G32指令車削母體的形狀路線。

2.實(shí)例宏程序編程

通過(guò)如上實(shí)例，構(gòu)建“圓弧定位切削法”加工錐度面上圓弧牙型螺紋的宏程序模式。圖1-1所示為錐度圓弧牙型螺紋零件，工件外錐面、端面已加工好，材料為45#鋼，現(xiàn)僅編寫(xiě)加工錐度圓弧牙型螺紋部分的加工程序。為方便表達(dá)，將螺紋結(jié)構(gòu)參數(shù)及有關(guān)的加工工藝參數(shù)與所對(duì)應(yīng)的宏變量號(hào)及計(jì)算表達(dá)式列表，如下表。

3.刀具的定位點(diǎn)計(jì)算

筆者利用宏程序角度編輯圓的方法來(lái)確定每次刀具的定位。根據(jù)參數(shù)方程表達(dá)出圓上點(diǎn)的坐標(biāo)與兩坐標(biāo)軸之間的關(guān)系，例如圖1-4，參數(shù)方程為X=2cosФ，Y=2sinФ（Ф為角度參數(shù)）。變量編程時(shí)，注意橢圓上點(diǎn)的坐標(biāo)在橢圓坐標(biāo)系和在編程坐標(biāo)系中的不同表達(dá)，二者之間的聯(lián)系在于橢圓原點(diǎn)在編程坐標(biāo)系中的值。橢圓坐標(biāo)系原點(diǎn)在橢圓圓心，編程坐標(biāo)系及原點(diǎn)是由編程者設(shè)定，下文編程坐標(biāo)系原點(diǎn)均選在工件右端面與中心軸線的交點(diǎn)處。

4.參考程序

（1）編程分析

利用宏程序編程時(shí)，變量的設(shè)置非常關(guān)鍵。我們要使賦值的變量盡可能的少，也要使程序便于構(gòu)成循環(huán)。經(jīng)過(guò)分析本例中有6個(gè)變量，上面表1已經(jīng)明確給出。通過(guò)“IF[#1GT200]GOTO1”構(gòu)成的循環(huán)，直至切削到圓弧角度為200°時(shí)，循環(huán)結(jié)束。

本例中編程的關(guān)鍵技術(shù)是要利用宏程序?qū)崿F(xiàn)斜進(jìn)刀切削。利用G32螺紋加工循環(huán)指令功能，斜進(jìn)切削時(shí)只需將切削的定位起點(diǎn)相應(yīng)移動(dòng)“起始定位點(diǎn)Z值#5”就可以實(shí)現(xiàn)。斜進(jìn)切削的實(shí)現(xiàn)通過(guò)#1變量實(shí)現(xiàn)，讓#1=#1+2實(shí)現(xiàn)進(jìn)刀，在每次車削中的X與Z值始終保持變化。

（2）參考程序

本程序已用于FANUC-Oi-TD系統(tǒng)車削，參考程序以工件右端面中心為編程原點(diǎn)。

5.加工過(guò)程及注意的問(wèn)題

（1）首先，加工前要根據(jù)所知道的數(shù)據(jù)把螺紋圓弧所在的圓偏移至螺紋起點(diǎn)定位，然后計(jì)算出X方向的偏移量。

（2）切削時(shí)要加切削液，切削液不可以停因?yàn)檫x用的是“斜進(jìn)法”有時(shí)被吃刀量比較大。

（3）加工螺紋時(shí)，需考慮伺服系統(tǒng)滯后以及加工時(shí)螺紋的完整性，因此Z軸方向定位最好定在一個(gè)螺距以外，就是6以外。主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)機(jī)床的加工情況來(lái)定，一般在800r/min以內(nèi)（高速機(jī)床除外）。

（4）每一次的進(jìn)刀量U的確定，可以根據(jù)工件材料和刀具選擇，只需修改通用格式中變量的數(shù)值即可。

三、結(jié)語(yǔ)

錐度圓弧牙型螺紋的車削與編程方法很多，但筆者運(yùn)用通用宏程序模式編程，用宏程序加工異型螺紋最主要的優(yōu)勢(shì)可以保證圓弧螺紋的精度及光潔度，具有工藝合理，編程簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)等特點(diǎn)，此方法有效地解決了在數(shù)控車床上加工異形螺紋的編程及加工工藝安排等難題，在實(shí)際應(yīng)用中取得較好的效果。

參考文獻(xiàn)：

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