淺析圓弧螺紋編程加工

封漭

摘 要：學生在參加數控技能競賽訓練時，經常會遇到一些較為復雜的異形螺紋（如，圓弧螺紋、矩形螺紋等）。通過對圓弧螺紋的工藝分析、加工方法及編程指令的研討，探索出一套可以在數控車床上加工各種圓弧螺紋的加工方法，經實際加工證實，程序工藝編制合理，加工質量高，解決了圓弧螺紋在數控車競賽中的難題。

關鍵詞：數控車床；圓弧螺紋；加工工藝；數控編程

競賽對學生的技能有著更高的要求，因此，在訓練過程中要有針對性地進行宏程序的訓練。一般宏程序不作討論，本文主要探討圓弧螺紋的問題。圓弧螺紋是一種非標準的螺紋，也可以稱其為圓弧螺旋線，其在普通車床上很難加工，需要操作者有著高超的技能，但圓弧螺紋的精度還是會受到人為的因素影響。所以，數控車床的高精度性能為圓弧螺紋的車削提供了良好的加工基礎，在加工的過程中，要制定好合理的加工工藝、加工方法和準確的程序編制，這樣就能很好地完成圓弧螺紋的加工。

在歷次的比賽當中，出現了以下幾種類型的圓弧螺紋：凹圓弧螺紋、凸圓弧螺紋、圓弧面上的圓弧螺紋（如圖1、圖2、圖3所示）。本文將圍繞著這三種類型的圓弧螺紋進行分析，并根據加工方法準確地編制加工的宏程序。

一、凹圓弧螺紋 1.加工方法分析

數控車床一般加工螺紋的方法有三種方法：直進法、斜進法、左右切削法。斜進法又稱單面趕刀法，主要用于大螺距螺紋的加工，它本身存在有缺點：牙型角不對，長度不對和大小徑尺寸不對。左右切削法又稱雙面切削法，適合大螺距螺紋的加工，本文要研究的圓弧螺紋屬于大螺距螺紋，但由于牙型較為特別，所以斜進法和左右切削法都不合適。

直進法又稱為仿形法，在車削螺紋時它的刀刃全部將進行工作，導致加工切削力和切削溫度的增加，造成排屑的困難。當切削到一定的深度時，易出現“扎刀”和“崩刀”的現象。但是當刀具的材料和質量都較好，每次切削深度都掌握好的同時，圓弧螺紋還是能夠順利地進行加工的。

凹圓弧螺紋，牙型角為R3的圓弧，牙型高度為

3 mm，螺距為10 mm，在競賽當中，對于螺紋深度不大，加工余量不多的情況下，為了能夠更快更準確地更好地完成任務，筆者選用R3的圓弧螺紋車刀進行仿形法分層的加工。

2.加工工藝

采用R3mm的圓弧螺紋車刀直進法加工螺紋，由于工件將受力較大，避免出現“扎刀”現象，利用宏程序來控制每次分層切削的加工深度為0.1 mm，使用G92螺紋循環(huán)指令來進行圓弧螺紋的加工。設工件坐標系的原點在工件右端面與軸線的交點上，對刀時以圓弧螺紋車刀的圓弧頂點為基準。

3.編制加工宏程序如下：

O0001；

T0101； （選用1號刀具）

G00 X100 Z50； （刀具快速定位到起刀點）

M03 S300； （主軸正傳，轉速300r/min）

GOO X90 Z10； （刀具移動到螺紋切削循環(huán)的循環(huán)起點位置）

#1=0.1； （切削深度賦初值）

N10 G92 X[80-2*#1] Z-107 F10；

（G92循環(huán)加工螺紋）

#1=#1+0.1； （切削深度增加量）

IF[#1LE3]GOTO10； （條件判斷）

GOO X100 Z50； （返回起刀點）

M05； （主軸停）

M30； （程序結束）

因為使用的是R3成型圓弧螺紋車刀，采用直進法，所以以上的宏程序較為簡單，但加工出來的工件表面粗糙度不是很理想。所以筆者選用R1.5mm的圓弧車刀重新進行分析加工。

由于R1.5的圓弧車刀剛性較差，不能夠一次性地加工出R3的圓弧牙型，筆者將圓弧螺紋牙型分為兩部分加工，分別為A和B。A部分為粗加工，采用直進法先把A部分的余量去除，剩下B部分采取輪廓分層加工，以R1.5的圓作為刀具軌跡去除剩下的余量。

①切削A部分程序

二、凸圓弧螺紋

1.加工方法分析

如圖8所示，凸圓弧螺紋的螺距是10 mm，牙頂是圓弧的形狀。圖形中的牙型是由R2、R1圓弧和直線組成，根據這些特征，筆者利用R1圓弧車刀，采取分層切削的方法。每一層都利用宏程序來進行螺紋的切削，保證了牙型角的精度，具體的加工示意圖。

2.加工工藝

采用R1的圓弧車刀進行分層的加工，加工時間取決于每次的加工深度，在競賽當中，加工時間用得越少對競賽最有利?；谶@一原則，筆者利用R1圓弧車刀的刀位點為圓心進行對牙型的尺寸分析，R4有兩段圓弧的長度都為4 mm，高度為2 mm，直線的長度為2 mm。由于刀具的刀尖圓弧半徑為R1，牙型角上的R1圓弧不需要編程，進行直線的軌跡就能夠把牙型的特征加工出來。

三、圓弧面上的圓弧螺紋

1.加工方法分析

2.加工工藝分析

圓弧面上的圓弧螺紋，應采用相互變量為插補加工出合格的圓弧螺紋。加工此工件時，要分別求出螺紋起點和終點的坐標。已知圓弧面的半徑是R182 mm，因此圓的方程為：Z2+X2=1822，圓弧螺紋的導程為10 mm，加工時延長加工起點一個螺距10 mm和加工螺紋終點延長6 mm。

3.成果展示

下圖是筆者使用以上宏程序對其中的一種圓弧螺紋進行試件的切削，具有代表性。這個圓弧上的圓弧螺紋使用的是R1.5的圓弧車刀切削。

本文所編制的宏程序都是基于FANUC OI系統(tǒng)的數控車床，筆者運用了WHILE語句和IF語句，效果相當理想，程序編制合理，對研究數控車宏程序的讀者有一定的指導作用。由于筆者是數控車競賽的指導老師，指導學生進行數控宏程序的學習，有著豐富的經驗，利用宏程序編制的技巧解決了很多異型螺紋的難加工的諸多問題。

參考文獻：

[1]陳海舟.數控加工宏程序[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[2]杜軍.輕松掌握FANUC宏程序：編程技巧與實例精解.北京：化學工業(yè)出版社，2011-01.

（作者單位 廣東省佛山市鄭敬詒職業(yè)技術學校）

編輯 謝尾合endprint

摘 要：學生在參加數控技能競賽訓練時，經常會遇到一些較為復雜的異形螺紋（如，圓弧螺紋、矩形螺紋等）。通過對圓弧螺紋的工藝分析、加工方法及編程指令的研討，探索出一套可以在數控車床上加工各種圓弧螺紋的加工方法，經實際加工證實，程序工藝編制合理，加工質量高，解決了圓弧螺紋在數控車競賽中的難題。

關鍵詞：數控車床；圓弧螺紋；加工工藝；數控編程

競賽對學生的技能有著更高的要求，因此，在訓練過程中要有針對性地進行宏程序的訓練。一般宏程序不作討論，本文主要探討圓弧螺紋的問題。圓弧螺紋是一種非標準的螺紋，也可以稱其為圓弧螺旋線，其在普通車床上很難加工，需要操作者有著高超的技能，但圓弧螺紋的精度還是會受到人為的因素影響。所以，數控車床的高精度性能為圓弧螺紋的車削提供了良好的加工基礎，在加工的過程中，要制定好合理的加工工藝、加工方法和準確的程序編制，這樣就能很好地完成圓弧螺紋的加工。

在歷次的比賽當中，出現了以下幾種類型的圓弧螺紋：凹圓弧螺紋、凸圓弧螺紋、圓弧面上的圓弧螺紋（如圖1、圖2、圖3所示）。本文將圍繞著這三種類型的圓弧螺紋進行分析，并根據加工方法準確地編制加工的宏程序。

一、凹圓弧螺紋 1.加工方法分析

數控車床一般加工螺紋的方法有三種方法：直進法、斜進法、左右切削法。斜進法又稱單面趕刀法，主要用于大螺距螺紋的加工，它本身存在有缺點：牙型角不對，長度不對和大小徑尺寸不對。左右切削法又稱雙面切削法，適合大螺距螺紋的加工，本文要研究的圓弧螺紋屬于大螺距螺紋，但由于牙型較為特別，所以斜進法和左右切削法都不合適。

直進法又稱為仿形法，在車削螺紋時它的刀刃全部將進行工作，導致加工切削力和切削溫度的增加，造成排屑的困難。當切削到一定的深度時，易出現“扎刀”和“崩刀”的現象。但是當刀具的材料和質量都較好，每次切削深度都掌握好的同時，圓弧螺紋還是能夠順利地進行加工的。

凹圓弧螺紋，牙型角為R3的圓弧，牙型高度為

3 mm，螺距為10 mm，在競賽當中，對于螺紋深度不大，加工余量不多的情況下，為了能夠更快更準確地更好地完成任務，筆者選用R3的圓弧螺紋車刀進行仿形法分層的加工。

2.加工工藝

采用R3mm的圓弧螺紋車刀直進法加工螺紋，由于工件將受力較大，避免出現“扎刀”現象，利用宏程序來控制每次分層切削的加工深度為0.1 mm，使用G92螺紋循環(huán)指令來進行圓弧螺紋的加工。設工件坐標系的原點在工件右端面與軸線的交點上，對刀時以圓弧螺紋車刀的圓弧頂點為基準。

3.編制加工宏程序如下：

O0001；

T0101； （選用1號刀具）

G00 X100 Z50； （刀具快速定位到起刀點）

M03 S300； （主軸正傳，轉速300r/min）

GOO X90 Z10； （刀具移動到螺紋切削循環(huán)的循環(huán)起點位置）

#1=0.1； （切削深度賦初值）

N10 G92 X[80-2*#1] Z-107 F10；

（G92循環(huán)加工螺紋）

#1=#1+0.1； （切削深度增加量）

IF[#1LE3]GOTO10； （條件判斷）

GOO X100 Z50； （返回起刀點）

M05； （主軸停）

M30； （程序結束）

因為使用的是R3成型圓弧螺紋車刀，采用直進法，所以以上的宏程序較為簡單，但加工出來的工件表面粗糙度不是很理想。所以筆者選用R1.5mm的圓弧車刀重新進行分析加工。

由于R1.5的圓弧車刀剛性較差，不能夠一次性地加工出R3的圓弧牙型，筆者將圓弧螺紋牙型分為兩部分加工，分別為A和B。A部分為粗加工，采用直進法先把A部分的余量去除，剩下B部分采取輪廓分層加工，以R1.5的圓作為刀具軌跡去除剩下的余量。

①切削A部分程序

二、凸圓弧螺紋

1.加工方法分析

如圖8所示，凸圓弧螺紋的螺距是10 mm，牙頂是圓弧的形狀。圖形中的牙型是由R2、R1圓弧和直線組成，根據這些特征，筆者利用R1圓弧車刀，采取分層切削的方法。每一層都利用宏程序來進行螺紋的切削，保證了牙型角的精度，具體的加工示意圖。

2.加工工藝

采用R1的圓弧車刀進行分層的加工，加工時間取決于每次的加工深度，在競賽當中，加工時間用得越少對競賽最有利?；谶@一原則，筆者利用R1圓弧車刀的刀位點為圓心進行對牙型的尺寸分析，R4有兩段圓弧的長度都為4 mm，高度為2 mm，直線的長度為2 mm。由于刀具的刀尖圓弧半徑為R1，牙型角上的R1圓弧不需要編程，進行直線的軌跡就能夠把牙型的特征加工出來。

三、圓弧面上的圓弧螺紋

1.加工方法分析

2.加工工藝分析

圓弧面上的圓弧螺紋，應采用相互變量為插補加工出合格的圓弧螺紋。加工此工件時，要分別求出螺紋起點和終點的坐標。已知圓弧面的半徑是R182 mm，因此圓的方程為：Z2+X2=1822，圓弧螺紋的導程為10 mm，加工時延長加工起點一個螺距10 mm和加工螺紋終點延長6 mm。

3.成果展示

下圖是筆者使用以上宏程序對其中的一種圓弧螺紋進行試件的切削，具有代表性。這個圓弧上的圓弧螺紋使用的是R1.5的圓弧車刀切削。

本文所編制的宏程序都是基于FANUC OI系統(tǒng)的數控車床，筆者運用了WHILE語句和IF語句，效果相當理想，程序編制合理，對研究數控車宏程序的讀者有一定的指導作用。由于筆者是數控車競賽的指導老師，指導學生進行數控宏程序的學習，有著豐富的經驗，利用宏程序編制的技巧解決了很多異型螺紋的難加工的諸多問題。

參考文獻：

[1]陳海舟.數控加工宏程序[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[2]杜軍.輕松掌握FANUC宏程序：編程技巧與實例精解.北京：化學工業(yè)出版社，2011-01.

（作者單位 廣東省佛山市鄭敬詒職業(yè)技術學校）

編輯 謝尾合endprint

摘 要：學生在參加數控技能競賽訓練時，經常會遇到一些較為復雜的異形螺紋（如，圓弧螺紋、矩形螺紋等）。通過對圓弧螺紋的工藝分析、加工方法及編程指令的研討，探索出一套可以在數控車床上加工各種圓弧螺紋的加工方法，經實際加工證實，程序工藝編制合理，加工質量高，解決了圓弧螺紋在數控車競賽中的難題。

關鍵詞：數控車床；圓弧螺紋；加工工藝；數控編程

競賽對學生的技能有著更高的要求，因此，在訓練過程中要有針對性地進行宏程序的訓練。一般宏程序不作討論，本文主要探討圓弧螺紋的問題。圓弧螺紋是一種非標準的螺紋，也可以稱其為圓弧螺旋線，其在普通車床上很難加工，需要操作者有著高超的技能，但圓弧螺紋的精度還是會受到人為的因素影響。所以，數控車床的高精度性能為圓弧螺紋的車削提供了良好的加工基礎，在加工的過程中，要制定好合理的加工工藝、加工方法和準確的程序編制，這樣就能很好地完成圓弧螺紋的加工。

在歷次的比賽當中，出現了以下幾種類型的圓弧螺紋：凹圓弧螺紋、凸圓弧螺紋、圓弧面上的圓弧螺紋（如圖1、圖2、圖3所示）。本文將圍繞著這三種類型的圓弧螺紋進行分析，并根據加工方法準確地編制加工的宏程序。

一、凹圓弧螺紋 1.加工方法分析

數控車床一般加工螺紋的方法有三種方法：直進法、斜進法、左右切削法。斜進法又稱單面趕刀法，主要用于大螺距螺紋的加工，它本身存在有缺點：牙型角不對，長度不對和大小徑尺寸不對。左右切削法又稱雙面切削法，適合大螺距螺紋的加工，本文要研究的圓弧螺紋屬于大螺距螺紋，但由于牙型較為特別，所以斜進法和左右切削法都不合適。

直進法又稱為仿形法，在車削螺紋時它的刀刃全部將進行工作，導致加工切削力和切削溫度的增加，造成排屑的困難。當切削到一定的深度時，易出現“扎刀”和“崩刀”的現象。但是當刀具的材料和質量都較好，每次切削深度都掌握好的同時，圓弧螺紋還是能夠順利地進行加工的。

凹圓弧螺紋，牙型角為R3的圓弧，牙型高度為

3 mm，螺距為10 mm，在競賽當中，對于螺紋深度不大，加工余量不多的情況下，為了能夠更快更準確地更好地完成任務，筆者選用R3的圓弧螺紋車刀進行仿形法分層的加工。

2.加工工藝

采用R3mm的圓弧螺紋車刀直進法加工螺紋，由于工件將受力較大，避免出現“扎刀”現象，利用宏程序來控制每次分層切削的加工深度為0.1 mm，使用G92螺紋循環(huán)指令來進行圓弧螺紋的加工。設工件坐標系的原點在工件右端面與軸線的交點上，對刀時以圓弧螺紋車刀的圓弧頂點為基準。

3.編制加工宏程序如下：

O0001；

T0101； （選用1號刀具）

G00 X100 Z50； （刀具快速定位到起刀點）

M03 S300； （主軸正傳，轉速300r/min）

GOO X90 Z10； （刀具移動到螺紋切削循環(huán)的循環(huán)起點位置）

#1=0.1； （切削深度賦初值）

N10 G92 X[80-2*#1] Z-107 F10；

（G92循環(huán)加工螺紋）

#1=#1+0.1； （切削深度增加量）

IF[#1LE3]GOTO10； （條件判斷）

GOO X100 Z50； （返回起刀點）

M05； （主軸停）

M30； （程序結束）

因為使用的是R3成型圓弧螺紋車刀，采用直進法，所以以上的宏程序較為簡單，但加工出來的工件表面粗糙度不是很理想。所以筆者選用R1.5mm的圓弧車刀重新進行分析加工。

由于R1.5的圓弧車刀剛性較差，不能夠一次性地加工出R3的圓弧牙型，筆者將圓弧螺紋牙型分為兩部分加工，分別為A和B。A部分為粗加工，采用直進法先把A部分的余量去除，剩下B部分采取輪廓分層加工，以R1.5的圓作為刀具軌跡去除剩下的余量。

①切削A部分程序

二、凸圓弧螺紋

1.加工方法分析

如圖8所示，凸圓弧螺紋的螺距是10 mm，牙頂是圓弧的形狀。圖形中的牙型是由R2、R1圓弧和直線組成，根據這些特征，筆者利用R1圓弧車刀，采取分層切削的方法。每一層都利用宏程序來進行螺紋的切削，保證了牙型角的精度，具體的加工示意圖。

2.加工工藝

采用R1的圓弧車刀進行分層的加工，加工時間取決于每次的加工深度，在競賽當中，加工時間用得越少對競賽最有利?；谶@一原則，筆者利用R1圓弧車刀的刀位點為圓心進行對牙型的尺寸分析，R4有兩段圓弧的長度都為4 mm，高度為2 mm，直線的長度為2 mm。由于刀具的刀尖圓弧半徑為R1，牙型角上的R1圓弧不需要編程，進行直線的軌跡就能夠把牙型的特征加工出來。

三、圓弧面上的圓弧螺紋

1.加工方法分析

2.加工工藝分析

圓弧面上的圓弧螺紋，應采用相互變量為插補加工出合格的圓弧螺紋。加工此工件時，要分別求出螺紋起點和終點的坐標。已知圓弧面的半徑是R182 mm，因此圓的方程為：Z2+X2=1822，圓弧螺紋的導程為10 mm，加工時延長加工起點一個螺距10 mm和加工螺紋終點延長6 mm。

3.成果展示

下圖是筆者使用以上宏程序對其中的一種圓弧螺紋進行試件的切削，具有代表性。這個圓弧上的圓弧螺紋使用的是R1.5的圓弧車刀切削。

本文所編制的宏程序都是基于FANUC OI系統(tǒng)的數控車床，筆者運用了WHILE語句和IF語句，效果相當理想，程序編制合理，對研究數控車宏程序的讀者有一定的指導作用。由于筆者是數控車競賽的指導老師，指導學生進行數控宏程序的學習，有著豐富的經驗，利用宏程序編制的技巧解決了很多異型螺紋的難加工的諸多問題。

參考文獻：

[1]陳海舟.數控加工宏程序[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[2]杜軍.輕松掌握FANUC宏程序：編程技巧與實例精解.北京：化學工業(yè)出版社，2011-01.

（作者單位 廣東省佛山市鄭敬詒職業(yè)技術學校）

編輯 謝尾合endprint