錐度面上車削圓弧牙型螺紋

邱小燕

摘 要： 在近幾年的職業(yè)技能競賽數(shù)控車項目比賽中異形螺紋的加工成為一個?？键c，由于此類螺紋的加工借助CAM軟件編程無法完成，因此有不少選手對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，影響競賽成績。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異性螺紋的宏程序編制的思路及程序的編制加以分析。

關鍵詞： 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，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不到要求的問題。筆者針對實際圖例，結(jié)合數(shù)控車床的特點，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

不同的數(shù)控系統(tǒng)對等螺距螺紋插補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于進給速度由螺距值（轉(zhuǎn)進給）來確定的軸移動指令，由于螺紋深度必須幾次切削來完成，因此每完成一次螺紋切削動作都必須具備四個指令動作：G32（螺紋切削）→GOO（X向退刀）→G00（Z向退刀）→G00（X向進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）直進法

又稱“成形法”。車削時，螺紋車刀沿X向間歇進給至牙深處，Z向不移動，直至將螺紋車好。采用此種方法加工三角形螺紋時，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，每次進給的切削深度不能過大。但所加工的螺紋牙型較準確。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。這種方法數(shù)控車床多采用指令G32、G92實現(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）斜進法

在加工螺紋時，為了操作方便，在每次往復幾次行程后，除橫向進給外，縱向向一個方向作少量進給，重復數(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指令實現(xiàn)。

（3）左右切削法

車削過程中，螺紋車刀在每次往復幾次行程后，除了作橫向進刀外，同時車刀向左，向右進給，這樣重復數(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，螺紋車刀始終只有一個側(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，它在加工時無法進行使用直進和左右走刀，因此選擇“斜進法”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，可能會有所變化，因此如果選用圓弧成型刀具，就會造成成本增大，并且由于圓弧刀具在加工時的阻力較大，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.實例宏程序編程

通過如上實例，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)僅編寫加工錐度圓弧牙型螺紋部分的加工程序。為方便表達，將螺紋結(jié)構(gòu)參數(shù)及有關的加工工藝參數(shù)與所對應的宏變量號及計算表達式列表，如下表。

3.刀具的定位點計算

筆者利用宏程序角度編輯圓的方法來確定每次刀具的定位。根據(jù)參數(shù)方程表達出圓上點的坐標與兩坐標軸之間的關系，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，注意橢圓上點的坐標在橢圓坐標系和在編程坐標系中的不同表達，二者之間的聯(lián)系在于橢圓原點在編程坐標系中的值。橢圓坐標系原點在橢圓圓心，編程坐標系及原點是由編程者設定，下文編程坐標系原點均選在工件右端面與中心軸線的交點處。

4.參考程序

（1）編程分析

利用宏程序編程時，變量的設置非常關鍵。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)過分析本例中有6個變量，上面表1已經(jīng)明確給出。通過“IF[#1GT200]GOTO1”構(gòu)成的循環(huán)，直至切削到圓弧角度為200°時，循環(huán)結(jié)束。

本例中編程的關鍵技術是要利用宏程序?qū)崿F(xiàn)斜進刀切削。利用G32螺紋加工循環(huán)指令功能，斜進切削時只需將切削的定位起點相應移動“起始定位點Z值#5”就可以實現(xiàn)。斜進切削的實現(xiàn)通過#1變量實現(xiàn)，讓#1=#1+2實現(xiàn)進刀，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。

5.加工過程及注意的問題

（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定位，然后計算出X方向的偏移量。

（2）切削時要加切削液，切削液不可以停因為選用的是“斜進法”有時被吃刀量比較大。

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

（4）每一次的進刀量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

錐度圓弧牙型螺紋的車削與編程方法很多，但筆者運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)勢可以保證圓弧螺紋的精度及光潔度，具有工藝合理，編程簡單，通用性強等特點，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，在實際應用中取得較好的效果。

參考文獻：

[1]謝曉紅，主編.數(shù)控車削編程與加工技術[M].北京電子工業(yè)出版社，2008.

[2]王公安，主編.車工工藝學[M].中國勞動社會保障出版社，2005.