變螺距螺紋加工的參數(shù)化編程

楊 豐

(長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410124)

當(dāng)前，變螺距螺紋的應(yīng)用日益廣泛。如絞肉機(jī)采用變螺距送料桿，前端是大螺距加快送料速度，從前端到后端螺距逐漸變小，后端是小螺距增大螺桿推力。塑料擠壓機(jī)采用變螺距螺桿，解決了熔體質(zhì)量和擠出量是相矛盾的問題，使擠出機(jī)應(yīng)用時(shí)送料的空間比較大，擠出口內(nèi)部的空間比較小，這樣擠出的材料氣泡少，質(zhì)量好。

目前變螺距螺紋的加工，主要是在數(shù)控機(jī)床上完成，文章主要研究在數(shù)控車床上加工變螺距螺紋。

1 螺紋車削加工的常用進(jìn)刀方式

數(shù)控車削螺紋的進(jìn)刀方式主要徑向進(jìn)刀、斜向進(jìn)刀兩大類，其中斜向進(jìn)刀又分單側(cè)斜向進(jìn)刀、改良的單側(cè)斜向進(jìn)刀、雙側(cè)交互式進(jìn)刀三種情況。具體應(yīng)用時(shí)應(yīng)根據(jù)螺紋的螺距、加工精度、工件材料、刀片型式、刀具材料等來選擇。

1.1 徑向進(jìn)刀方式

徑向進(jìn)刀方式(如圖1所示)是最常用的一種方式。多次進(jìn)刀的方向一致，切削時(shí)刀具的兩條切削刃都參與切削。該種進(jìn)刀方式，可以獲得比較正確的齒形，但由于刀片兩側(cè)刃同時(shí)切削，切削力較大，容易產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象，且排屑困難，因此主要適用于加工螺距較小的螺紋。

1.2 斜向進(jìn)刀方式

斜向進(jìn)刀方式主要是單面切削，不容易產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象，一般適用于加工螺距3mm以上的螺紋。

(1)單側(cè)斜向進(jìn)刀方式

刀具以和徑向成30°的方向進(jìn)刀切削(如圖2所示)，由于是單刃切削，切削力較小，易于排屑，且散熱較好。但加工時(shí)，刀片可能有拖曳或摩擦的現(xiàn)象而使刃口崩刃，另外切屑的單向排出，會(huì)破壞另一側(cè)牙面的表面質(zhì)量。

(2)改良的單側(cè)斜向進(jìn)刀方式

刀具以和徑向成27°～30°的方向進(jìn)刀切削(如圖3所示)。刀刃兩面切削，形成卷狀屑，排屑流暢，散熱好，螺紋表面粗糙度值較低。一般來說，這是車削不銹鋼、合金鋼和碳素鋼的較好方法，大多數(shù)螺紋加工采用這種方法。

(3)雙側(cè)交互式進(jìn)刀方式

左右交替進(jìn)刀方式(如圖4所示)，由于刀片兩側(cè)刃平均使用，提高了刀片壽命。該種進(jìn)刀主要用于加工螺距較大的螺紋。

2 變螺距螺紋才車削編程指令G34

指令格式:G34 X(U)_Z(W)_F_K_

式中:X、Z—絕對(duì)坐標(biāo)，螺紋終點(diǎn)坐標(biāo)值;

U、W—相對(duì)坐標(biāo)，即螺紋切削終點(diǎn)相對(duì)起點(diǎn)的坐標(biāo)分量;

F—長軸方向在起點(diǎn)處的導(dǎo)程;

K—主軸每轉(zhuǎn)導(dǎo)程的增加量或減少量。

加工圖5所示螺紋的程序如下(設(shè)槽深為1mm):

……

G00 X46.2 Z2 螺紋第1刀定位

G34 Z－80 F2 K1 加工變螺距螺紋第1刀，起點(diǎn)螺距為2mm，每個(gè)螺距遞增1mm

G00 X50 X向退刀

G00 Z2 Z向退刀

G00 X45.6 螺紋第2刀定位

G34 Z－80 F2 K1 加工變螺距螺紋第2刀，起點(diǎn)螺距為2mm，每個(gè)螺距遞增1mm

G00 X50 X向退刀

G00 Z2 Z向退刀

G00 X45.2 螺紋第3刀定位

G34 Z－80 F2 K1 加工變螺距螺紋第3刀，起點(diǎn)螺距為2mm，每個(gè)螺距遞增1mm

G00 X50 X向退刀

G00 Z2 Z向退刀

G00 X45 螺紋第4刀定位

G34 Z－80 F2 K1 加工變螺距螺紋第4刀，起點(diǎn)螺距為2mm，每個(gè)螺距遞增1mm

G00 X50 X向退刀

G00 Z2 Z向退刀

……

圖5 加工案例

說明:零件的第一個(gè)螺距為4，其基本螺距3;考慮到螺紋升降速影響，選擇螺紋切削起點(diǎn)距離坐標(biāo)零點(diǎn)端面為2mm位置，則起點(diǎn)基本螺距為2mm。

3 變螺距螺紋加工的參數(shù)化編程

使用G34可以加工一些槽深較小的變螺距螺紋。但在加工槽深較大的變螺距螺紋時(shí)，刀尖容易出現(xiàn)崩刃現(xiàn)象。加工槽深較大的變螺距螺紋時(shí)，需要采用斜向進(jìn)刀方式，但數(shù)控車床沒有提供這樣的指令，需要采用數(shù)控機(jī)床自帶高級(jí)編程語言—宏指令來編寫。

圖6 螺紋切削進(jìn)刀

3 .1 螺紋車削進(jìn)刀量計(jì)算(如圖6所示)

(1)X向進(jìn)刀量計(jì)算

式中:d—X向第一次進(jìn)刀量

n—走刀次數(shù)

(2)Z向進(jìn)刀量計(jì)算

ΔZ= ΔX*tgα

式中:α—進(jìn)刀角度。(α=0°:徑向進(jìn)刀;α=30°:單側(cè)斜向進(jìn)刀;α =27°～30°:改良的單側(cè)斜向進(jìn)刀)

3 .2 參考程序

加工圖5所示零件(設(shè)槽深為2mm)，采用改良的單側(cè)斜向進(jìn)刀方式，參考程序如下:

O0001

……

G65 P0002 A4 B1.2 C0.15 I0.1 J27 K47 D1.2 E1 F2 H4 Q50 R2 S－80 T1 調(diào)子程序

……

M30

O0002 子程序

#14=0

#22=［#18+［#17－#6+#1－#4］/2* TAN［#5］］螺紋加工第一刀循環(huán)起點(diǎn)Z坐標(biāo)

G00 X［#17］Z［#22］快進(jìn)至螺紋加工循環(huán)起點(diǎn)

WHILE［#11 GT#4］DO1 當(dāng)X向加工余量小于等于精加工余量時(shí)，跳出循環(huán)執(zhí)行N30程序段

G00 X［#6－2*#7］X 向進(jìn)刀

G34 Z［#19］F#9 K#20 走刀一次

GOO X［#17］X 向退刀

G00 Z［#22－#14］Z向退刀

#8=#8+1 循環(huán)次數(shù)疊加一次

#7=#2*SQRT［#8］(n+1)次X向進(jìn)刀量累加

#10=#2*SQRT［#8－1］n次X向進(jìn)刀量累加

#12=#7－#10 (n+1)次X向進(jìn)刀量ΔX

IF［#12 GE#3］GOTO 10 若 ΔX大于、等于△dmin則執(zhí)行N10

#12=#3 否則令ΔX=△dmin

#7=#10+#12 計(jì)算下一次走刀后累計(jì)進(jìn)刀量

N10 IF［#5 EQ 0］GOTO 20 若徑向進(jìn)刀角度為0，執(zhí)行N20程序段

#14=#12*TAN［#5］計(jì)算(n+1)次 Z向進(jìn)刀量ΔZ

G00 W－［#14］Z向進(jìn)刀

N20#11=#1－#7 計(jì)算X向加工余量

END1

N30 G00 X［#6－2*#1+2*#4］X 向進(jìn)刀

G34 Z［#19］F#9 K#20 走刀一次，X向單邊留余量h

GOO X［#17］X 向退刀

G00 Z［#18］Z 向退刀

G00 X［#6－2*#1］X 向進(jìn)刀

G34 Z［#19］F#9 K#20 精車一次

GOO X［#17］X 向退刀

G00 Z［#18］Z 向退刀

M99

該程序?qū)⒙菁y加工公共參數(shù)作為變量，放在主程序中;將加工軌跡作為子程序，通過宏指令G65調(diào)用。G65程序段中相關(guān)參數(shù)解釋如下:

A4—#1=4(螺紋牙高，直徑量)

B1.2 —#2=1.2(X 向第一次進(jìn)刀量 d，直徑量)

C0.15—#3=0.15(X 向最小進(jìn)刀量△dmin，直徑量)

I0.1—#4=0.1(X向精加工余量h，直徑量)

J27—#5=27(徑向進(jìn)刀角度)

K47—#6=47(螺紋大徑，直徑量)

D1.2—#7=1.2(X向累計(jì)進(jìn)刀量，初值=X向第一次進(jìn)刀量d)

E1—#8=1(累計(jì)走刀次數(shù)，初值=1)

F2—#9=2(長軸方向在起點(diǎn)處的導(dǎo)程)

H4—#11=4(X向加工余量，初值=螺紋牙高)

Q50—#17=50(螺紋加工循環(huán)起點(diǎn)X坐標(biāo))

R2—#18=2(螺紋加工最后一刀循環(huán)起點(diǎn)Z坐標(biāo))

S－80—#19=－80(螺紋車削循環(huán)終點(diǎn)Z坐標(biāo))

T1—#20=1(主軸每轉(zhuǎn)導(dǎo)程的增加量)

4 結(jié)束語

在綜述螺紋車削加工進(jìn)刀方式的基礎(chǔ)上，探討了利用數(shù)控高級(jí)編程語言—宏指令編寫變螺距螺紋加工的參數(shù)化編程。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，通過實(shí)參描述賦值，就可以加工不同參數(shù)的可變螺距螺紋，提高了編程效率，同時(shí)解決了G34指令徑向進(jìn)刀的弊端。

［1］彭效潤.數(shù)控車工(高級(jí))［M］.北京:中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2007，(9).

［2］孫德茂.數(shù)控機(jī)床車削加工直接編程技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000，(5).

［3］楊豐.數(shù)控加工工藝與編程［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2011，(2).

［4］劉錦武.宏程序在異形螺紋車削中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2012，(22).

［5］陳建軍.在數(shù)控車床上用宏程序加工梯形螺紋［J］.金屬加工，2013，(4).