數(shù)控車削螺紋指令的綜合應(yīng)用*

許光彬，楊 輝

(阜陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽阜陽236016)

引言

隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，大批量專業(yè)加工螺紋廣泛采用滾絲、扎絲、搓絲等先進(jìn)制造技術(shù)．但是，對(duì)于一些單件或小批量、加工精度中等的螺紋通常采用數(shù)控車削加工的方法．?dāng)?shù)控車削加工螺紋技術(shù)是編程人員和機(jī)械加工人員掌握的重要基本技能之一．由于螺紋結(jié)構(gòu)的特殊性和工藝的復(fù)雜性，螺紋切削加工存在著精度低、效率低等問題．針對(duì)這些問題，在螺紋切削加工中通過選擇合適的編程指令G92與G76組合應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)螺紋數(shù)控車削加工的精確控制，高精、高效、穩(wěn)定可靠地加工出合格的較大螺距螺紋產(chǎn)品．

1 螺紋切削單一循環(huán)指令—G92的格式及其應(yīng)用特點(diǎn)

1．1 G92螺紋切削循環(huán)指令的格式

G92 X(U)____Z(W)____R____F____;

X、Z—螺紋終點(diǎn)絕對(duì)坐標(biāo)值;

U、W—加工螺紋終點(diǎn)相對(duì)循環(huán)起點(diǎn)的增量坐標(biāo);

R—圓錐螺紋切削起始點(diǎn)與螺紋切削終點(diǎn)的半徑差．該值有正、負(fù)之分．當(dāng)R為零時(shí)，則為圓柱螺紋切削循環(huán)，可省略;

F—螺紋導(dǎo)程，若為單線螺紋，則F為螺紋的螺距．

1．2 螺紋切削單一循環(huán)指令—G92的應(yīng)用特點(diǎn)

G92指令的進(jìn)刀方式為直進(jìn)式，螺紋車刀X向間歇進(jìn)給至牙深處．一次車削循環(huán)包括:快速切入、切削進(jìn)給、退刀、返回運(yùn)動(dòng)．

圖1 直進(jìn)式、斜進(jìn)式進(jìn)刀

如圖1所示，直進(jìn)式車削螺紋時(shí)車刀左、右兩側(cè)刃同時(shí)參與切削，刀具兩側(cè)對(duì)稱受力、兩側(cè)刃磨損均勻，能夠保證螺紋牙型精度．在切削螺距較大的螺紋時(shí)，由于刀具兩刃同時(shí)參加切削，切削深度大，切削力大、加工排屑較困難，切削刃易磨損等問題，容易產(chǎn)生“扎刀”和“爆刀”現(xiàn)象，從而造成螺紋中徑產(chǎn)生誤差．

因此G92多用于切削小螺距、高精度螺紋加工［1］．采用G92指令編程，程序較簡(jiǎn)單，參數(shù)設(shè)置清晰，不容易出錯(cuò)，但加工程序較長(zhǎng)．

2 螺紋切削復(fù)合循環(huán)指令—G76的格式及其應(yīng)用特點(diǎn)

2．1 螺紋切削復(fù)合循環(huán)指令—G76的格式

G76 P(m)(r)(a)Q(Δdmin)R(d);

G76 X(U)Z(W)R(i)P(k)Q(Δd)F(L);

m為精加工重復(fù)次數(shù)，從01～99，用2位數(shù)表示，模態(tài)值．

r為退尾量，單位0．1個(gè)螺距，用00～99之間的2位數(shù)表示，模態(tài)值．

a為刀尖角度，模態(tài)值，可以選擇800，600，550，300，290和0o中的一種．普通螺紋為600，英制螺紋為550，梯形螺紋為300，用2位數(shù)指定．式中m、r、a用地址P同時(shí)指定．

Δd min為最小切削深度，半徑值，模態(tài)值，μm．

d為精加工余量，半徑值，模態(tài)值，mm．

X、Z是螺紋切削終點(diǎn)的絕對(duì)坐標(biāo)．

i為螺紋切削起點(diǎn)與切削終點(diǎn)的半徑差，如果i=0，即為直螺紋切削．合義、正負(fù)符號(hào)與G92判斷方法相同．

k為螺紋牙高，半徑值，μm．

K=(大徑一小徑)/2．

Δd為螺紋第1刀切深，半徑值，模態(tài)值，μm．后續(xù)加工為遞減式．

L為螺紋導(dǎo)程．

2．2 螺紋切削復(fù)合循環(huán)指令—G76的應(yīng)用特點(diǎn)

圖2 G76進(jìn)刀與切削參數(shù)

如圖2所示，G76斜進(jìn)式進(jìn)刀方法，螺紋車刀沿牙型一側(cè)斜向間歇進(jìn)給切削至牙底．其切削參數(shù)由編程人員根據(jù)螺紋切削條件給定，走刀軌跡由數(shù)控系統(tǒng)計(jì)算給出．切削深度按照遞減，通過多次走刀粗、精車螺紋至規(guī)定的牙高(總切深)．由于G76為單側(cè)刃加工，其加工優(yōu)點(diǎn):刀具負(fù)載相對(duì)較小，切屑從刀刃上卷開，容易形成條狀屑，排屑、散熱較好;但是加工缺點(diǎn)也較為突出，例如:刀容易磨損和損壞，加工過程中易產(chǎn)生積屑瘤，螺紋面有刀痕或彎曲不直，刀尖角精度較差，表面粗糙度值增高和工件產(chǎn)生加工硬化［2］，螺紋牙形精度較差．由于G76加工方法排屑、散熱容易，刀刃負(fù)載較小，此加工方法一般適用于螺紋精度要求不高、較大導(dǎo)程的螺紋加工［3］．

采用G76編程，比G92簡(jiǎn)單，而且程序較短，可以節(jié)省程序設(shè)計(jì)與計(jì)算時(shí)間，只要合理設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)即可完成螺紋程序的編制．但G76參數(shù)設(shè)置太多，較容易出錯(cuò)，對(duì)螺紋加工工藝要求較高，同時(shí)計(jì)算機(jī)需要計(jì)算的時(shí)間也長(zhǎng)，不夠簡(jiǎn)單明了，只有加工較大螺距的螺紋時(shí)才采用．

3 G92與G76車削螺紋中的綜合運(yùn)用

3．1 分析車削精度高的較大螺距螺紋可行性方案

從以上對(duì)比分析可以看出，G76指令適合切削較大螺距和精度要求不高的螺紋;G92指令多用于切削加工的高精度、小螺距螺紋．對(duì)于螺紋螺距大、精度要求較高可以綜合應(yīng)用G92、G76混合編程，即先用G76進(jìn)行螺紋粗、精加工，再用G92進(jìn)行修整加工．綜合應(yīng)用G92、G76方式加工螺紋既可以減少因切削深度、切削力過大而產(chǎn)生的變形，又能保證螺紋加工的精度．值得注意的是:兩者綜合應(yīng)用編程加工時(shí)，因?yàn)閮烧哌M(jìn)給方式不同:G76為斜進(jìn)式，G92為直進(jìn)式，兩者螺紋切削的循環(huán)起點(diǎn)不相同，所以需事先計(jì)算G92修整加工的Z向起點(diǎn)，否則會(huì)產(chǎn)生螺紋亂扣現(xiàn)象，造成零件報(bào)廢．

3．2 采用G92進(jìn)行修整加工的Z向起點(diǎn)計(jì)算［4］

可以先用G76進(jìn)行螺紋粗加工，再用G92進(jìn)行修整．需要注意的是，如果螺紋精度要求較高，用G76和G92時(shí)，即使同一把刀具，切削循環(huán)起點(diǎn)相同，也會(huì)產(chǎn)生螺紋亂扣．如圖3所示，當(dāng)用G92時(shí)切削循環(huán)起點(diǎn)B與第一刀假想螺紋牙底的Z坐標(biāo)值一致;而G76的切削循環(huán)起點(diǎn)B'與第一刀假想螺紋牙底的Z坐標(biāo)值有一個(gè)偏移值，該偏移值計(jì)算公式為:

式中，a為偏移值(mm)，h為螺紋牙高(mm);d為精車余量(mm)，a為螺紋牙形角(o)．

由于兩切削指令的切削方式的差別，造成循環(huán)起點(diǎn)的位置也不同．如圖3所示，如果用G92精加工修整G76指令粗加工的螺紋時(shí)，要把G76循環(huán)起點(diǎn)B'的Z坐標(biāo)值順著走刀方向偏移一個(gè)a值后才是G92指令的循環(huán)起點(diǎn)．即G76的切削循環(huán)起點(diǎn)為Z，則執(zhí)行G76指令粗、精加工螺紋后，用G92修整螺紋時(shí)，G92的切削循環(huán)起點(diǎn)為(Z—a)．

圖3 G92、G76循環(huán)起點(diǎn)Z計(jì)算

3．3 G92與G76螺紋車削指令綜合應(yīng)用實(shí)例

如圖4所示，根據(jù)有關(guān)實(shí)例說明兩種指令綜合切削螺紋的用法．因?yàn)镚76螺紋復(fù)合循環(huán)指令能夠加工到實(shí)際螺紋小徑，所以要想用G92精加工修正G76已粗加工過的螺紋需要在G76加工完畢后在X徑向人為留有修正余量．具體操作步驟為:通過對(duì)刀操作把螺紋刀(例如T0202－G76粗加工用刀)對(duì)刀數(shù)據(jù)X、Z輸入到相應(yīng)番號(hào)(例如02)，再修改X方向刀補(bǔ)或磨耗，使X方向有0．1～0．2mm左右的精車余量d(半徑值)．此時(shí)T02刀具相對(duì)工件位置不變，再把T02螺紋刀對(duì)刀數(shù)據(jù)X、Z輸入到另一個(gè)番號(hào)(例如03)，修改設(shè)定X方向刀補(bǔ)或磨耗值為0 mm，形成T0203－G92精加工用刀．其本質(zhì)就是同一把刀有兩個(gè)刀補(bǔ)值，即使執(zhí)行G76指令完成粗、精加工螺紋后，零件也會(huì)有0．1～0．2 mm(半徑值)的精加工余量，該剩余精加工0．1～0．2 mm(半徑值)由G92精加工修整．

圖4 G92、G76綜合加工實(shí)例

根據(jù)圖4，查表得M30的粗牙螺紋螺距為3．5 mm，首先利用G76進(jìn)行螺紋粗加工，然后利用G92進(jìn)行螺紋修整精加工．如圖4，G76粗加工螺紋時(shí)循環(huán)起點(diǎn)的Z=8 mm．根據(jù)式(1)利用G92修整精加工螺紋式，循環(huán)起點(diǎn)的偏移量為:

a=(h－d)×tan(a/2)=(2．05－0．1)tan300≈1．13 mm，

所以G92的切削循環(huán)起點(diǎn)的Z值為:Z=8－1．13=6．87 mm．

本例G76的切削循環(huán)起點(diǎn)為8 mm，G92的切削循環(huán)起點(diǎn)為(Z－a)=6．68 mm．加工程序如表1所示:

表1 G92、G76綜合加工實(shí)例程序

4 結(jié)論

通過以上分析可得以下結(jié)論:G92多用于高精度、小螺距螺紋的切削加工;G76指令一般適用于低精度、較大螺距螺紋的切削加工．本文通過實(shí)例綜合應(yīng)用G92、G76兩種螺紋循環(huán)指令進(jìn)行編程加工螺紋，即先用G76進(jìn)行螺紋粗、精切削加工，再用G92進(jìn)行修整加工．以上的編程方法能夠有效地為解決加工精度較高、螺距較大的螺紋提供新的思路與方法，既提高生產(chǎn)效率又保障螺紋的加工精度與表面質(zhì)量．

［1］劉春利，范慶林，趙紅梅．刀具磨耗補(bǔ)償在FANUC－Oi系統(tǒng)數(shù)車加工螺紋中的應(yīng)用［J］．煤礦機(jī)械，2007，28(7):72－73．

［2］陳書法，姚傳維，朱建忠．螺紋的數(shù)控切削工藝 研究［J］．連云港化工高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，15(3):23－28．

［3］董小金．FANUC數(shù)控系統(tǒng)螺紋切削循環(huán)指令的區(qū)別及應(yīng)用［J］．機(jī)械制造與自動(dòng)化，2007，36(6):64－65．

［4］耿國(guó)卿．?dāng)?shù)控車削編程與加工［M］．北京:清華大學(xué)出版社，2011(5)．