基于MATLAB的非圓曲線(xiàn)螺紋數(shù)控車(chē)削加工研究

王萬(wàn)里 劉子恒 董笑天 智鑫培 王瑋

摘 要：在數(shù)控車(chē)削編程中，非圓二次曲線(xiàn)回轉(zhuǎn)體零件的螺紋加工是一個(gè)難點(diǎn)。首先利用 MATLAB 軟件計(jì)算非圓曲線(xiàn)螺紋宏程序的牙底直徑，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，驗(yàn)證螺紋程序的可加工性。從而方便地實(shí)現(xiàn)了二次曲面螺紋的數(shù)控加工。實(shí)驗(yàn)表明，該方法具有更好的加工柔性和更快的加工效率。

關(guān)鍵詞：MATLAB；宏程序；非圓二次曲線(xiàn)螺紋；數(shù)控加工

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.222

0 引言

在數(shù)控車(chē)車(chē)削編程加工過(guò)程中，當(dāng)零件輪廓帶有非圓曲線(xiàn)螺紋（如二次曲線(xiàn)、漸開(kāi)線(xiàn)、拋物線(xiàn)等）型面時(shí)，由于該種零部件型面上午幾何要素的特殊性，與常規(guī)的帶有圓柱、圓錐等型面的零部件相比，二次曲面螺紋的編程、加工、檢測(cè)相對(duì)復(fù)雜。如用軟件編程，則生成的程序結(jié)構(gòu)容量較大，檢查、修改困難。實(shí)際加工中，用宏程序編程，能夠給我們帶來(lái)諸多的方便，但是程序檢驗(yàn)比較困難。本文借助MATLAB軟件，以數(shù)控車(chē)床上加工橢圓螺紋為例，分析宏程序編制二次曲線(xiàn)螺紋加工程序的基本思路、技巧及驗(yàn)證方法。

1 零件編程分析

以橢圓為例，為了和數(shù)控車(chē)編程坐標(biāo)系參數(shù)一致，橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程的參數(shù)y、分別相對(duì)應(yīng)的是數(shù)控車(chē)、坐標(biāo)軸，橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程改為：

，加工螺距為2的普通三角螺紋，尺寸如圖1所示。

根據(jù)工件圖示尺寸可以看出，運(yùn)用數(shù)控車(chē)的宏程序編程可以實(shí)現(xiàn)外緣輪廓加工，再利用螺紋加工宏程序語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)螺紋加工，程序如下：

O0001；

M03 S800；

T0202；

G00 X30 Z5；

G73 U4 R4； （外輪廓粗加工）

G73 P10 Q20 U0.5 F0.12；

N10 G00 X20；

G01 Z0；

#1=0； （橢圓宏程序）

N1 #2=20*COS[#1]-20；

#3=4*SIN[#1]+20；

G01 X[#3] Z[#2]；

#1=#1+1； IF[#1 LT 181] GOTO1；

N20 G01 X30；

M03 S1000；

T0202；（外輪廓精加工）

G00 X30 Z5；

G70 P10 Q20 F0.05；

G00 X100 Z200；

M03 S400；

T0606；（橢圓面螺紋加工宏程序）

G00 X30 Z5；

#7=0.2； N2 #4=0； G00 X30； Z0； X[20-#7]；

N3 #5=1-[#4+20]*[#4+20]/400；

#6=20+4*SQRT[#5]；

G32 X[#6-#7] Z[#4] F2；（螺距是2）

#4=#4-2；

IF[#4 GT -42] GOTO 3；

#7=#7+0.2； （精加工螺紋牙型）

IF[#7 LT 0.8] GOTO 2；

G00 X30；

X100 Z200；

T0404；

G00 X30 Z-43；

G01 X0；

X100；

Z330；

M05；

M30；

2 MATLAB軟件分析螺紋加工宏程序

考慮拋物橢圓加工特性和螺紋加工方便對(duì)刀，工件坐標(biāo)系設(shè)置在橢圓右端面，編程時(shí)只考慮該拋物線(xiàn)z軸取值都在負(fù)半軸、x軸取值都在正半軸的數(shù)值，輸出程序如下：

a=20；

b=2；

z=-40：2：0；

x=（b/a）*sqrt（a^2-（z+20）*（z+20））；

plot（z，x，'.r'）；

axis（[-40 0 0 3.5]）；

xlabel（''）；

ylabel（''）；

title（''）

set（gca，'ydir'，'reverse'）；

上述程序輸出圖2所示：

橢圓底徑尺寸坐標(biāo)值輸出如表1。

由于螺紋車(chē)削時(shí)的走刀速度較快， 隨著切削深度增加，螺紋刀具兩側(cè)的切削刃聚集了較高的切削力，圓弧

曲率變化還會(huì)導(dǎo)致車(chē)刀兩側(cè)切削刃受力不均，牙型側(cè)面的粗糙度因此不同。下圖為使用本文宏程序進(jìn)行加工橢圓曲面螺紋加工成品，如圖3。

結(jié)合圖2和表1可以看出，通過(guò)MATLAB軟件驗(yàn)證二次曲面螺紋宏程序的螺距以及底徑尺寸是否滿(mǎn)足加工要求，比軟件作圖和手工測(cè)量更容易，更方便。

3 總結(jié)

MATLAB軟件結(jié)合數(shù)控宏程序，實(shí)現(xiàn)二次曲線(xiàn)輪廓編程加工的驗(yàn)證，方法簡(jiǎn)單，輸出圖形直觀，隨著工業(yè)產(chǎn)品性能要求的不斷提高，非圓曲線(xiàn)零件的應(yīng)用越來(lái)越廣泛、精度要求越來(lái)越高。結(jié)合MATLAB軟件，對(duì)非圓曲線(xiàn)的宏程序編程以及加工中出現(xiàn)問(wèn)題的地方直接通過(guò)軟件計(jì)算出來(lái)，操作者可以依據(jù)零件精度要求更改宏程序參數(shù)，提高了加工效率。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：大學(xué)生創(chuàng)新基金（2018CX92306）

作者簡(jiǎn)介：王萬(wàn)里（1971-），男，南京人，助理工程師，主要研究方向： CAD /CAM。