運用G82的P指令字加工梯形螺紋

□ 趙軍強

浙江科技工程學(xué)校 浙江嘉興 314000

梯形螺紋一般作傳動用，用以準確傳遞運動和動力，精度要求比較高，其應(yīng)用比較廣泛，例如普通車床上的絲杠和中、小滑板的絲桿等。梯形螺紋不僅可以在普通車床上加工，也可以在數(shù)控車床上加工，并且在數(shù)控車床上應(yīng)用G32、G82、G76和宏程序等指令能高效、高精度地加工出梯形螺紋，但也存在參數(shù)較多、計算復(fù)雜、程序較長、容易出錯等不足之處，因此在工作中嘗試運用華中世紀星系統(tǒng)G82指令的主軸轉(zhuǎn)角指令字P在數(shù)控車床上用左右分層切削法加工梯形螺紋。

1 車削梯形螺紋的左右分層切削法

1.1 梯形螺紋的加工方法

梯形螺紋的加工方法有很多種，如直進法、斜進法、左右切削法、車直槽法等。梯形螺紋與三角螺紋相比，其螺距和牙型都大，而且精度高，牙型兩側(cè)面表面粗糙度值較小，因此梯形螺紋車削時具有吃刀深、走刀快、切削余量大、切削抗力大等特性。一般數(shù)控車床車削螺紋常用的方法是直進法、左右切削法和斜進法3種，直進法適用于車削螺距比較小的三角形螺紋；斜進法適用于車削螺距比較大的三角形螺紋或螺距比較小的梯形螺紋；左右切削法適用于車削螺距比較大的梯形螺紋。

1.2 左右分層切削法

在用左右切削法加工梯形螺紋時，為降低對數(shù)控車床剛性的要求和梯形螺紋的車削加工難度，避免“扎刀”和“爆刀”現(xiàn)象，保證螺紋精度要求，對螺距較大的梯形螺紋的車削加工往往采用左右分層切削法，也就是把梯形槽分成若干層，每層深度根據(jù)螺紋的尺寸大小和工步來確定，而每一層的切削都采用左右交替車削的方法，如圖1所示。

▲圖1 左右分層切削法

2 直螺紋車削循環(huán)G82指令簡介

2.1 直螺紋切削循環(huán)指令格式

G82 X(U)Z(W) R E CP F ;

2.2 指令說明

如圖2所示，各字母代表意義如下。

X、Z： 絕對值編程時，為螺紋終點C點在工件坐標系下的坐標；增量值編程時，為螺紋終點C相對于循環(huán)起點A的有向距離，圖中用u、w表示，其符號由軌跡1和2的方向確定。

R、E：螺紋切削的退尾量，R、E均為向量，R為Z向回退量，E為X向回退量，R、E可以省略，表示不用回退功能。

C：螺紋頭數(shù)，為0或1時切削單頭螺紋。

P：單頭螺紋切削時，為主軸基準脈沖處距離切削起始點的主軸轉(zhuǎn)角（缺省值為0）；多頭螺紋切削時，為相鄰螺紋頭的切削起始點之間對應(yīng)的主軸轉(zhuǎn)角。

F：螺紋導(dǎo)程。

▲圖2 直螺紋切削循環(huán)

3 左右分層切削法

3.1 梯形螺紋刀刀頭寬度的確定

在采用左右分層切削法車削螺距較大的梯形螺紋時,為保證螺紋精度要求，避免車削過程中梯形螺紋刀3個刀刃同時切削，產(chǎn)生“扎刀”和“爆刀”現(xiàn)象，梯形螺紋刀刀頭寬度要小于螺紋牙底槽寬。參考普通車床梯形螺紋刀的粗車刀刀頭寬度為1/3螺距寬，精車刀的刀頭寬度應(yīng)等于牙槽底寬減0.05 mm的刀頭寬度要求，結(jié)合左右分層切削法和刀具強度等因素，確定數(shù)控車床梯形螺紋刀刀頭寬度約為2/3牙槽底寬。

3.2 梯形螺紋刀在梯形槽中軸向可移動量a的計算

首先通過對梯形螺紋車刀刀頭寬度的測量，獲得刀頭寬度的實際值L，其次根據(jù)梯形螺紋尺寸公式計算，獲得梯形螺紋的槽底寬度值w，再通過計算式：

計算得到刀頭寬和槽底寬之差值，即梯形螺紋刀在梯形槽中軸向可移動量a。

3.3 梯形螺紋刀在梯形槽中徑向移動量b的計算

由于梯形螺紋刀刀頭寬度小于螺紋梯形槽底寬度，使梯形螺紋刀在梯形槽中有一定的軸向移動量。假定車刀不作軸向移動，主軸（工件）相對刀具轉(zhuǎn)過一定的角度，使梯形螺紋刀相對梯形槽位置從1位置運動到2位置，則刀具在梯形槽中徑向就y有一個移動量，相當于梯形螺紋刀從梯形槽中的左極限位置移動到右極限位置，如圖3所示，圖中以大徑處刀具切削刃上一點為例，圖中：1為刀具初始位置，2為主軸轉(zhuǎn)動后刀具位置，a為車刀軸向可移動量，b為車刀該點徑向可移動量，β為螺紋大徑的螺旋升角。對圖3分析可知，刀具切削刃上的點在梯形槽中徑向移動量b、軸向移動量a和該點處的螺紋螺旋升角β之間構(gòu)成一個直角三角形，根據(jù)勾股定理，可以通過計算式：b=a/tanβ （2）分別求得梯形螺紋刀切削刃上某點的徑向移動量。

▲圖3 梯形螺紋車刀在梯形槽中的位置

3.4 主軸轉(zhuǎn)角α的計算

主軸（工件）就轉(zhuǎn)過的角度α對應(yīng)的刀具在梯形槽中有徑向移動量b，如圖4所示。根據(jù)圓的弦長計算公式，列出主軸轉(zhuǎn)角計算式：

式中：α為圓心角 (主軸轉(zhuǎn)角）；b為梯形螺紋刀在梯形槽小徑向移動量；r為梯形螺紋小徑的半徑值。

根據(jù)上述分析，已知梯形螺紋刀在梯形槽中軸向可移動量a、螺紋小徑值d3和及其對應(yīng)的螺旋升角β，代入式（3）得：

▲圖4 主軸轉(zhuǎn)角α的計算

即可求得刀頭寬度為a的梯形螺紋刀在加工時主軸轉(zhuǎn)角的度數(shù)α。此外，用大徑值或中徑值及其對應(yīng)的螺旋升角β代入計算式，也能求得主軸轉(zhuǎn)角α。

3.5 左右分層切削法加工梯形螺紋中主軸轉(zhuǎn)角指令字P的應(yīng)用

在應(yīng)用左右分層切削法加工梯形螺紋中，在每一層切削中先用0°轉(zhuǎn)角編程車削一刀（加工梯形槽的左側(cè)），再用主軸轉(zhuǎn)角值α編程車削一刀（加工梯形槽的右側(cè)），也可以根據(jù)螺紋的尺寸大小和需要在兩刀之間用主軸轉(zhuǎn)角的一半值編程車削一刀 （加工梯形槽的中間）。此外如考慮梯形螺紋的精加工，可以考慮主軸轉(zhuǎn)角在左右分層切削時角度對稱分布，兩側(cè)留精加工所需的轉(zhuǎn)角度數(shù)。

▲圖5 梯形螺紋

4 加工梯形螺紋編程實例

如圖5所示梯形螺紋，用一把螺紋刀粗、精加工，零件材料為鋁，運用G82指令編程。

4.1 梯形螺紋部分尺寸計算及其公差的確定

大徑：d=360-0.375mm；

中徑：d2=d-0.5p=36-3=33 mm，查表確定公差，得d2=33-0.118-0.453mm；

牙高：h2=0.5p+ac=3.5 mm；

小徑：d3=d-2h3=29 mm，查表確定公差mm；

牙底寬：w=0.366p-0.536ac=2.196-0.268=1.928 mm。

其中：p為螺距，ac為牙頂間隙。

4.2 計算主軸轉(zhuǎn)角

根據(jù)梯形螺紋螺距和牙底寬尺寸刃磨或選擇梯形螺紋刀，實測梯形螺紋刀刀頭寬度L為1.428 mm。

梯形螺紋刀在梯形槽中軸向可移動量為a=w-L=1.928-1.428=0.5 mm；螺紋中徑的螺旋升角為β=arctan（p/πd2）=arctan（6/103.62）=3.314°；主軸轉(zhuǎn)角計算式為30.338 °。

4.3 編寫梯形螺紋加工程序

O0001

%0001

G95M43

M03S300

T0101

G00X35Z6

G82X33Z-42P2F6 //第一層左側(cè)粗加工，留2°精加工

G82X33Z-42P28.338F6 //第一層右側(cè)粗加工，留2°精加工

G82X31.5Z-42P2F6 //第二層左側(cè)粗加工，留2°精加工

G82X31.5Z-42P28.338F6//第二層右側(cè)粗加工，留2°精加工

G82X30Z-42P2F6 //第三層左側(cè)粗加工，留2°精加工

G82X30Z-42P28.338F6 //第三層右側(cè)粗加工，留2°精加工

G82X29.5Z-42P2F6 //第四層左側(cè)粗加工，留2°精加工

G82X29.5Z-42P28.338F6 //第四層右側(cè)粗加工，留2°精加工

G82X29Z-42P2F6 //第五層左側(cè)粗加工，留2°精加工

G82X29Z-42P28.338F6 //第五層左側(cè)粗加工，留2°精加工

G82X29Z-42P0.5F6 //左側(cè)精加工，留 0.5°修整

G82X29Z-42P29.838F6 //右側(cè)精加工，留 0.5°修整

G82X29Z-42F6 //修整左側(cè)

G82X29Z-42P30.338F6 //修整右側(cè)

G00X100Z100

M30

5 結(jié)束語

運用華中世紀星系統(tǒng)中G82指令的主軸轉(zhuǎn)角指令字P加工梯形螺紋的思路是將刀具相對主軸的軸向移動轉(zhuǎn)化為主軸相對刀具的轉(zhuǎn)動，充分發(fā)揮系統(tǒng)指令功能，為梯形螺紋的編程加工提供一種新方法。在實際生產(chǎn)加工中，根據(jù)零件和刀具的情況，合理確定左右切削分層法的分層數(shù)、刀頭刀寬值和粗精加工主軸轉(zhuǎn)角值的分配，與其它梯形螺紋加工方法配合使用，可以更有效提高生產(chǎn)效率和零件精度。

［1］ 華中數(shù)控.世紀星車削數(shù)控裝置編程說明書［Z］.

［2］ 耿國卿.數(shù)控車床上梯形螺紋的宏程序編程與加工［J］.機械工程師， 2011（4）.

［3］ 楚建華.淺談梯形螺紋加工的三個重要環(huán)節(jié)［J］.科技向?qū)?2012（5）.