劉文寬，閆濤，阮玉瑭，楊禮朝

（浙江大豐實(shí)業(yè)股份有限公司，浙江 寧波 315400）

0 引言

數(shù)控車床加工大螺距圓弧螺紋的程序一般采取宏程序或是編程軟件進(jìn)行編制，宏程序編制時將螺紋所有尺寸及計(jì)算中所涉及到的邏輯關(guān)系設(shè)置成變量，若尺寸參數(shù)發(fā)生變化，只需將參數(shù)的數(shù)值直接修改進(jìn)行應(yīng)用，操作簡單、安全可靠。軟件編程時根據(jù)不同類型的軟件有著不同的操作方式和編程刀路，以Mastercam2021 及Caxacam2020兩類編程軟件為例，對圓弧螺紋編程操作都很簡單，特別是Mastercam2021可以自定義螺紋參數(shù)化輸入，極為便捷。但兩種編程軟件的刀路策略完全不同，文中以舞臺工程（北京國際戲院）主舞臺升降部位的卷筒組件為案例零件，分別以宏程序、Mastercam2021、Caxacam2020對其進(jìn)行圓弧螺紋精加工程序編制及執(zhí)行程序的靜態(tài)刀路分析。

圖1 卷筒組件

零件圓弧螺紋的基本參數(shù)如圖1所示，R1部位使用成型倒角車刀加工非常方便，所以文中僅對R12圓弧螺紋部分進(jìn)行精加工編程，設(shè)置的參數(shù)盡可能相同或是接近，由于案例零件的圓弧螺紋的牙型寬度和螺距較大，車削圓弧螺紋時切削余量和切削抗力均比較大，為了盡量避免車削熱和車削阻力給加工帶來誤差，以及切削過程中刀具刃口損傷，因此應(yīng)采用低速車削方式。

數(shù)控車床加工螺紋有3種進(jìn)刀方式：側(cè)向式進(jìn)刀、徑向式進(jìn)刀、交替式進(jìn)刀。

側(cè)向進(jìn)刀的切屑更厚，但僅在刀片的一側(cè)產(chǎn)生，傳遞給刀片的熱量少，因此需要較少的走刀，并可用于2個螺紋面(反向、側(cè)向)以沿最佳方向引導(dǎo)切屑，用于消除振動問題；徑向進(jìn)刀時刀具2個后刀面磨損均勻，適用于小螺距螺紋，且刀片的刀尖暴露于高溫中，限制了可能的進(jìn)刀深度，大螺距工況下存在振動風(fēng)險且切屑控制差；交替式進(jìn)刀是加工較大螺紋牙型的首選，工作時切屑被雙向引導(dǎo)，從而使切屑控制變得困難，在加工非常粗的螺紋時可確保均勻的刀片磨損和最長的刀具壽命，交替式進(jìn)刀可適用任何槽型[1]。案例零件的3種編程方法在進(jìn)刀方式上存有較大差異。

1 宏程序圓弧螺紋編程

宏程序編程的基本思路是考慮在圓柱面上加工圓弧螺紋時會形成多個加工基準(zhǔn)點(diǎn)，相對每個基準(zhǔn)點(diǎn)在循環(huán)時螺紋軌跡上的位置是不發(fā)生變化的，改變的只是基準(zhǔn)點(diǎn)偏移后形成軌跡的變化，各基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離為加工所需要的螺距，圍繞基準(zhǔn)點(diǎn)偏移后所運(yùn)行的圓弧軌跡就是所需加工的螺旋線的弧面軌跡，即牙型，也可理解為圍繞基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行X、Z向的偏移。使用R4的圓形車刀，那么刀片圓心的軌跡必在與R12同圓心R8的圓周之上，所以對于此類零件編程的較好方法是使用參數(shù)方程，以角度作為自變量[2]，計(jì)算出齒形的起始角度和終止角度，角度變量相同則每次的切削量也是相同的，如圖2 所示按照角度自變量每次 2° 計(jì)算，那么R12 圓弧的截面每2°會出現(xiàn)一個波峰，最大輪廓高度Ry=0.004 mm，此程序經(jīng)過多年生產(chǎn)驗(yàn)證，安全可靠，并可以此為模板修改相應(yīng)參數(shù)，進(jìn)行類似結(jié)構(gòu)不同尺寸圓弧螺紋的加工[3]。按照如圖1尺寸以零件右端螺紋起點(diǎn)中心截面作為編程坐標(biāo)系原點(diǎn)[4]，F(xiàn)ANUC Series Oi Mate-TD數(shù)控系統(tǒng)為例，側(cè)向式進(jìn)刀精加工程序如下：

圖2 宏程序刀路

2 Mastercam2021軟件圓弧螺紋編程

Mastercam2021軟件編程此零件圓弧螺紋部分是極為簡單的。如圖3所示，需畫出一個圓弧截面，使用自定義螺紋命令設(shè)置參數(shù)，其中步進(jìn)可以理解為相鄰切削刀路刀片圓心或刀尖的距離，如圖4中的CD兩點(diǎn)間的距離，在其軟件設(shè)置中有3個切削方向供選擇，如果步進(jìn)設(shè)置成0.279 mm，切削方向選擇負(fù)向編程，選取程序中任意相鄰兩刀路，例?。╖-7.406，X646.901）、（Z-7.638，X646.588）兩程序點(diǎn)位進(jìn)行捕獲刀片圓心C、D繪制刀路圖4，步進(jìn)（刀片圓心距）CD=0.279 mm與圖2中宏程序2°為自變量的圓心距AB=0.279 mm數(shù)值完全吻合。所以如使用軟件進(jìn)行圓弧螺紋編程，步進(jìn)可參考角度變量進(jìn)行設(shè)置，此軟件還可以對部分自定義螺紋進(jìn)行參數(shù)化編程（如圖5）。

圖3 Mastercam2021 編程設(shè)置

圖4 Mastercam2021 程序刀路

3 Caxacam2020軟件圓弧螺紋編程

圖5 Mastercam2021 自定義螺紋

Caxacam2020軟件編程將以宏程序和Mastercam2021的參數(shù)設(shè)置為參照，前兩者對R12圓弧螺紋精加工程序執(zhí)行車削（180°-16°×2）/2°=74次，Caxacam2020軟件編程模塊中有異型螺紋選項(xiàng)（如圖6），與Mastercam2021部分類似的操作，也是畫出一個圓弧截面，但其進(jìn)給數(shù)據(jù)是按照徑向方向等距設(shè)置[5]，R12圓弧刀片R4，則精加工進(jìn)刀徑向位移5.667 mm（如圖7），計(jì)算徑向進(jìn)給5.667 ÷74×2=0.153 mm，取0.16 mm，在程序中相鄰刀路的刀片圓心距離，從圓弧螺紋上邊緣到其底部由緩到急發(fā)生變化，接近圓弧底徑時變化為最大，區(qū)間0.179～1.000 mm，相應(yīng)導(dǎo)致的結(jié)果為接刀痕跡逐漸增大，兩刀路間未去除材料的輪廓高度最大值在圓弧底部Ry=0.052 mm，按此設(shè)置加工的零件是不合格的，所以需要進(jìn)行徑向參數(shù)調(diào)整設(shè)置為0.10 mm，要特別注意此版本軟件暫不支持最后刀路徑向進(jìn)給自動調(diào)整，必要時需要將圓弧截面進(jìn)行X向位移以確定最終加工尺寸。因?yàn)槭穷惐鹊堵贩治觯?.16 mm徑向進(jìn)給選取程序中依次運(yùn)行三點(diǎn)刀路（Z-4.449，X644.338）、（Z-18.507，X644.338）、（Z-4.539，X644.018）捕獲刀片圓心E、F、G繪制刀路（如圖8），從圖中可辨別徑向進(jìn)給0.16 mm，默認(rèn)交替式進(jìn)刀，且不可選。

圖6 Caxacam2020 編程設(shè)置

圖7 Caxacam2020 編程刀位設(shè)置

圖8 Caxacam2020 程序刀路

4 結(jié)語

Mastercam2021及Caxacam2020軟件進(jìn)行案例零件圓弧螺紋精加工工序編程時，發(fā)現(xiàn)程序初始內(nèi)容有部分無效的刀路，為提升生產(chǎn)效率應(yīng)當(dāng)去除，通過以上3種圓弧螺紋精加工的編程及靜態(tài)刀路分析，可為圓弧螺紋加工提供宏程序參照模板，同時為不同規(guī)格和精度要求的圓弧螺紋自變量角度設(shè)置、軟件編程步進(jìn)等相關(guān)參數(shù)設(shè)置提供思路和依據(jù)，并且對于其它異型螺紋使用宏程序編程困難時，對選取編程軟件及其使用提供參考。