宏程序在特殊螺紋中的應(yīng)用

張振

（廣東省機(jī)械高級技工學(xué)校，廣州510450）

0 引言

車削加工螺紋是現(xiàn)代制造業(yè)中自動化程度較高的生產(chǎn)任務(wù)之一，也是數(shù)控車削工藝路線制訂、刀具選擇、切削用量選用、程序設(shè)計(jì)等綜合難度較大的操作之一。

對形狀復(fù)雜的螺紋傳統(tǒng)的加工方法一般采用成形刀車削成形。但由于成形車刀的成本比較昂貴，磨損后刃磨困難，刀具調(diào)整不方便，大螺距螺紋車削阻力大等原因，使生產(chǎn)的質(zhì)量和效率達(dá)不到要求。但目前由于數(shù)控機(jī)床的普及使用，我們可以不再依賴成形車刀來進(jìn)行加工，可以使用一些標(biāo)準(zhǔn)化的刀具來進(jìn)行加工，這不僅可以提高生產(chǎn)質(zhì)量和效率，還可節(jié)約制作刀具的成本。但這種方法會使數(shù)控加工程序的編制變得復(fù)雜。雖然目前各種各樣的CAD/CAM軟件在加工中開始普及，能夠解決大部分復(fù)雜零件的程序編制，但在螺紋加工方面尚有所欠缺，不能用于加工一些形狀比較復(fù)雜的螺紋（使用成形刀的除外）。由于使用CAD/CAM軟件目前不能解決特殊螺紋等軸類零件的加工，需要采用手工編程，進(jìn)行宏程序的編制，以達(dá)到加工的目的。如何在數(shù)控車床上應(yīng)用宏程序變量編程并進(jìn)行加工，是歷年數(shù)控技能競賽的主要內(nèi)容和難點(diǎn)之一。本文以Fanuc TC0i數(shù)控系統(tǒng)為例，介紹通過宏程序編制特殊螺紋的程序和加工的方法，實(shí)例程序已經(jīng)通過實(shí)際加工，可作為模板推廣使用。

1 特殊螺紋車削加工及通用宏程序設(shè)計(jì)

1.1 特殊螺紋加工的原理

具有特殊牙型角螺紋的加工主要是進(jìn)行螺紋定位點(diǎn)的變化，使定位點(diǎn)形成一個與螺紋牙型相符合的形狀，從而進(jìn)行加工。圖1所示的零件圖中，螺紋加工的部分是加工一段圓弧形大導(dǎo)程螺紋。圖2所示的特殊螺紋為鋸齒形螺紋。

下面以圖1為例講解螺紋定位點(diǎn)變化的過程：

如圖3所示，該段圓弧的變化方向由A點(diǎn)到B點(diǎn)處。而這段圓弧就是由AB中間若干個點(diǎn)組合而成的。這些中間的點(diǎn)需要用宏程序進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，使定位點(diǎn)中的Z坐標(biāo)值和螺紋加工時的X坐標(biāo)形成相應(yīng)的規(guī)律，以達(dá)到加工的目的。為了編程及加工的方便，一般以R5圓弧的轉(zhuǎn)角α作為自變量采用圓的參數(shù)方程進(jìn)行程序的編制。

圖1 圓弧形大導(dǎo)程螺紋

圖2 鋸齒形螺紋

圖3 螺紋起點(diǎn)的變化

1.2 裝夾方式和刀具的選擇

假設(shè)螺紋的外徑已加工完成，本工序只需要完成螺紋部分的加工工藝與宏程序設(shè)計(jì)。采用三爪自定心卡盤裝夾的裝夾方式，條件允許的情況下最好是采用一夾一頂?shù)难b夾方式，以防加工受力產(chǎn)生彎曲變形。

經(jīng)分析后，圖1所示螺紋的牙型輪廓為半圓形，為保證牙型正確，我們可以用選用外圓圓弧車刀（圓弧為R2～R3最好）或者尖刀。

使用圓弧車刀的時候?yàn)榱瞬蛔尮ぜ^切造成工件報(bào)廢，我們還需要進(jìn)行刀具圓弧的半徑補(bǔ)償。

圖2所示螺紋的牙型角為30°鋸齒形螺紋，由于尖刀的刀尖角為35°，在加工中會造成工件的過切。對于這一類型的工件最好是選用矩形螺紋車刀（如圖4）或切槽刀（機(jī)夾的由于夾緊方式的局限，不能用來加工這類的螺紋）。

1.3 傳動軸的編程與加工

圖5為傳動軸的加工零件圖，由于整個圖形加工的程序比較多，這里只對特殊螺紋部分進(jìn)行加工的分析。

1）刀具選用。該零件螺紋部分為牙底為半圓，半徑為3 mm，最大牙型高度為4 mm，螺距為8 mm，屬于中等難度的螺紋加工。刀具在加工中由于接觸面積較大，阻力逐漸變大，因此造成機(jī)床和刀具負(fù)荷過大，容易在切削過程出現(xiàn)“崩刀”、“扎刀”和工件松動等現(xiàn)象，對機(jī)床的使用壽命也有較大的影響。為解決此問題，該螺紋部分需要進(jìn)行粗、精加工，以減少對機(jī)床和刀具的損耗，同時保證加工的質(zhì)量和安全。刀具方面可以選用兩把R1.5～R2的圓弧車刀，刀具分為粗加工和精加工。

2）切削量的確定。該工件螺紋屬于大螺距螺紋，在加工的時候，如果切削用量選用不當(dāng)，可能會損壞工件、刀具和機(jī)床，嚴(yán)重還會造成人身事故。為了讓加工有條不紊的進(jìn)行下去，必須要選用一個合理的切削參數(shù)。

a.車螺紋的轉(zhuǎn)速。

式中：v為機(jī)床或脈沖編碼器允許的最高切削速度，mm/min；L為所要加工螺紋的螺距或?qū)С?，mm。

b.切深、步距。可根據(jù)機(jī)床與刀具的性能作適當(dāng)調(diào)整。精加工時，為提高表面質(zhì)量，可選用較小的切深和步距。

3）程序的編輯。由于圖5所示螺紋零件圖需要進(jìn)行粗精加工，所以加工的程序也要劃分為粗加工和精加工程序。

a.粗加工工序。粗加工采用R2的圓弧車刀，由于所要加工的螺紋牙形圓弧為R3，所以粗加工不需要采用宏程序進(jìn)行變量的加工。加工程序和普通螺紋的加工程序一致。圖6為粗加工示意圖。

b.精加工工序。如圖7所示，精加工同樣也是采用R2圓弧刀，由于所要加工的螺紋牙型為R3，這時候需要借助于宏程序進(jìn)行螺紋的精加工，為減小加工的阻力，故采用從螺紋牙型的兩側(cè)向螺紋中點(diǎn)進(jìn)給的切削方法。因?yàn)椴捎玫氖菆A弧車刀，在加工的過程中要先進(jìn)行刀具圓弧的半徑補(bǔ)償。

半圓形螺紋面的精加工程序如下：

O0001；程序名

#1=0；賦值，#1為加工時圓弧的角度

#10=1；賦值，#10為螺紋圓弧的半徑（補(bǔ)償后的）

#11=32；賦值，#1為螺紋的大徑

#12=-32； 賦值，#1為螺紋的加工終點(diǎn)

T0101 M3 S500

G0 X150 Z150

G00 X38 Z6

G76 P010000Q100 R0.1

G76 X30 Z#12 P1000 Q100 F8；加工螺紋右側(cè)前端為直線牙型的螺紋

WHILE［#1 LE95］DO1；條件表達(dá)式

#2=SIN#1*#10

#3=#11-#2*2

#4=COS#1*#10+5； 螺紋加工需數(shù)值的運(yùn)算

G00 X38 Z#4

G92 X#3 Z#11 F8

#1=#1+1；加工螺紋右側(cè)底部為圓弧的螺紋

END1

G00 X38 Z4

G76 P010000Q100 R0.1

G76 X30 Z#12 P1000 Q100 F8；加工螺紋左側(cè)前端為直線牙型的螺紋

#1=180

WHILE［#1 GE85］DO2； 條件表達(dá)式

#2=SIN#1*#10

#3=#11-#2*2

#4=COS#1*#10+5；螺紋加工需數(shù)值的運(yùn)算

G00 X38 Z#4

G92 X#3 Z#11 F8；加工螺紋左側(cè)底部為圓弧的螺紋

#1=#1+1

END2

G0 X150 Z150

M30

2 結(jié)論

1）宏程序在螺紋加工中應(yīng)用范圍較廣，對具有規(guī)律性的不同類型的螺紋（普通螺紋和特殊牙型的螺紋）都能采用宏程序編制的編程方法，特別對于常作修改的螺紋特征，只要修改其相關(guān)變量就能繼續(xù)進(jìn)行加工，減少對程序的編制時間和出錯率，大大地提高加工效率。

2）該加工方法適用普通數(shù)控機(jī)床與刀具，不需要選用專用機(jī)床和成型刀具，補(bǔ)充了數(shù)控系統(tǒng)不具備直接編程加工大導(dǎo)程、異形螺紋的功能。

3）通用宏程序模板設(shè)計(jì)，對企業(yè)從事數(shù)控機(jī)床編程與加工技術(shù)人員具有較好的理論和實(shí)踐指導(dǎo)作用，有助于職業(yè)院校師生更好地掌握數(shù)控機(jī)床編程與加工“新技術(shù)、新工藝”。

4）填補(bǔ)了現(xiàn)有教材和技術(shù)資料中對特殊螺紋等數(shù)控編程與加工無詳細(xì)資料的空白。

上述是宏程序在螺紋中的編程思路及應(yīng)用，通過多年大賽的實(shí)際應(yīng)用，通過使用不同刀具和宏程序編制相結(jié)合，可以加工不同類型螺紋和特殊形狀的工件。印證了在CAD/CAM逐漸普遍的時代，宏程序在數(shù)控加工中仍有其難于替代的特點(diǎn)和作用。

［1］ 楊偉群.數(shù)控工藝培訓(xùn)教程（數(shù)控車部分）［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2006.

［2］ 周永麟.螺紋的數(shù)控切削工藝［J］.機(jī)械工人（冷加工），2000（6）：7-9.

［3］ 計(jì)小輩，王麗敏.錐面上半圓形大螺距螺紋的宏程序編制和加工［J］.機(jī)械工人（冷加工），2009（11）：68-69.