成型刀在特殊曲線上車削螺紋編程及應(yīng)用研究

摘 要：標(biāo)準(zhǔn)刀具在圓柱或圓錐輪廓上車削螺紋，用以滿足通常情況下的市場(chǎng)需求。但隨著市場(chǎng)產(chǎn)品的更新?lián)Q代對(duì)零件加工要求越來越高，使得在特殊曲線輪廓上加工螺紋變得尤為重要，目前，成型刀在特殊曲線上車削螺紋在制造業(yè)中是一項(xiàng)重要的技術(shù)難題。所以，基于FANUC 0i數(shù)控系統(tǒng)利用宏程序在特殊曲線上加工螺紋的研究具備一定意義。

關(guān)鍵詞：數(shù)控車床;成型刀;特殊曲線;螺紋

成型刀在特殊曲線上車削螺紋編程及應(yīng)用研究，其中涉及的技術(shù)層面主要包括：螺紋刀具設(shè)計(jì)與制作的多樣性、特殊曲線及在特殊曲線上切削螺紋的編程等技術(shù)問題。解決以上兩點(diǎn)問題，對(duì)解決特殊曲線輪廓上加工螺紋起到關(guān)鍵性的作用。首先要具備切削螺紋的刀具，其次才能根據(jù)刀具的幾何參數(shù)編制數(shù)控程序。最后主要針對(duì)某些軸類零件上出現(xiàn)的特殊曲線輪廓上需要加工多樣性質(zhì)的螺紋特征問題進(jìn)行分析，以得出問題的解決方案。

1 成型刀具的制造過程探討

成型刀有標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)的形式之分，線切割機(jī)床是制作非標(biāo)成型刀的主要設(shè)備之一，需根據(jù)加工產(chǎn)品材質(zhì)選擇適當(dāng)?shù)牡毒卟牧希庸ゃ~、鋁合金等材質(zhì)硬度偏低的材料通常選用高速鋼作為成型刀坯體，加工45鋼、不銹鋼等材質(zhì)偏硬的材料則選用硬質(zhì)合金的刀具坯體。

然而線切割機(jī)床分為：慢走絲、中走絲和快走絲三種。考慮到產(chǎn)品的加工效率和質(zhì)量，可先選使用快走絲將非標(biāo)刀具坯體的大部分余量去除，再選用慢走絲加工保證刀具幾何形狀的尺寸精度。將切割好的非標(biāo)成型刀在金剛石砂輪上磨削開刃，完成刀具制作。根據(jù)螺紋形狀要求制作仿形刀具，可以充分?jǐn)[脫螺紋牙形的限制。

2 特殊曲線的類型與編程分析

宏程序是特殊曲線編程的工具，在所編輯的程序體中設(shè)定自變量和因變量，通過算術(shù)、邏輯運(yùn)算和條件轉(zhuǎn)移等語句，來實(shí)現(xiàn)特殊曲線的編程。應(yīng)用在軸類零件上常見的特殊曲線有：橢圓、拋物線、雙曲線等等。將其對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)公式化簡(jiǎn)轉(zhuǎn)換成編程公式，用宏程序賦值設(shè)定變量放置到程序體中即可完成特殊曲線的編程。

2.1 以拋物線為例解析特殊曲線編程

已知圖1拋物線X軸尺寸為：5mm，Z軸尺寸為：-15mm，拋物線公式為：X2=-2PZ。

1）轉(zhuǎn)換方式：

根據(jù)：X2=-2PZ （拋物線公式）

因?yàn)椋?2P===1.6 （將拋物線尺寸代入公式）所以：X2=-1.6Z

所以：X= （拋物線編程公式）

2）將編程公式代入宏程序語句：

#1 = 0.;X軸為自變量

#2 = 0.;Z軸為因變量

WHILE [ #2 GE -15. ] DO1;當(dāng)#2大于或等于-15時(shí)執(zhí)行DO1循環(huán)語句

#1 = SQRT [ -1.6 * #2 ];拋物線編程公式寫入

G01 X [ #1 * 2 ] Z [ #2 ];兩軸移動(dòng)量

#1 = #1 + 0.2;X軸每次累計(jì)0.2mm移動(dòng)

END1;不滿足判斷條件時(shí)結(jié)束

3 以橢圓輪廓為例車削非標(biāo)三角螺紋綜合應(yīng)用

在長(zhǎng)半軸為20mm，短半軸為10mm的橢圓上加工螺距P=2mm的螺紋編程，如圖3-1

毛坯材質(zhì)：6061鋁;毛坯尺寸：Φ32*80 mm;刀具：非標(biāo)三角螺紋刀;車削轉(zhuǎn)速：800r/min;背吃刀量：0.5mm，精光余量：0.2mm。

將毛坯夾持在三爪卡盤上，伸出長(zhǎng)度：55mm，利用G73仿形車削循環(huán)指令先粗車Φ30外圓和橢圓，長(zhǎng)度50mm，通過G70復(fù)合循環(huán)精加工指令精車Φ30外圓和橢圓長(zhǎng)度50mm。然后通過G32螺紋單步加工指令配合宏程序在已加工好的橢圓軌跡上車削螺紋。

O0001;程序名稱

N1 G00 G40 G97 G99;粗加工螺紋軌跡輪廓

N2 M03 S800 T0101 F0.2;切削參數(shù)

N3 X34.Z-25.;循環(huán)點(diǎn)

N4 G73 U4. R4.;仿形循環(huán)加工指令

N5 G73 P6 Q17 U0.3 W0.;

N6 G00 Z0.;

N7 G01 X30.;

N8 W-5.;

N9 #1 = 0.;因變量賦值

N10 #2 = 20.;自變量賦值

N11 WHILE [ #2 GE -20. ] DO1;當(dāng)#2大于或等于-20執(zhí)行循環(huán)體1執(zhí)行

N12 #1 = -10 * SQRT [ 20 * 20 - #2 * #2 ] / 20.;橢圓編程公式寫入

N13 G01 X [ #1 * 2. ] Z [ #2-25. ];X軸與Z軸的變化量

N14 #2 = #2 - 0.2;

N15 END1;循環(huán)體1結(jié)束

N16 G01 W-5.;

N17 G00 X34. Z-25.;

N18 X100. Z100.;

N19 G00 G40 G97 G99;精加工螺紋軌跡輪廓

N20 M03 S800 T0101 F0.1;

N21 X34. Z-25.;

N22 G70 P6 Q17; 精加工指令

N23 G00 X100. Z100.;

N24 M05;主軸停止

N25 M00;程序停止

N26 G00 G40 G97 G99;切削橢圓軌跡螺紋

N27 M03 S800 T0101 F0.2

N28 X32.Z-5.;

N29 #1 = 0.;

N30 WHILE [ #2 GE -2.6 ] DO2;當(dāng)滿足中括號(hào)條件則執(zhí)行END2內(nèi)程序段

N31 #2003 = #1;刀補(bǔ)宏代碼設(shè)定

N32 T0101 執(zhí)行1號(hào)刀位

N33 #2 = 0

N34 #3 = 20

N35 WHILE [ #3GE -20. ] DO3;終點(diǎn)判斷語句

N36 #2 = -10 * SQRT [ 20 * 20 - #3 * #3 ] / 20.;

N37 G32 X [ #1 * 2 ] Z [ #2 - 25 ] F2. 螺紋切削指令

N38 #3 = #3 - 0.2 ;

N39 END3 循環(huán)體3結(jié)束

N40 G00 X32. Z-5.;

N41 #1 = #1 - 0.5;

N42 IF [ #1 LE -2.5 ] THEN #1= #1 - 0.2;當(dāng)切削深度小于2.5mm精光0.2mm

N43 END2 循環(huán)體2結(jié)束

N44 G00 X100. Z100.

N45 M30 程序結(jié)束

4 結(jié)論

1）成型刀不同于標(biāo)準(zhǔn)刀，需要在車削螺紋前根據(jù)所車削螺紋的特點(diǎn)及要求加工出適用的成型刀。

2）成型刀在特殊曲線上車削螺紋與標(biāo)準(zhǔn)刀在圓柱或圓錐輪廓上車削螺紋相比，成型刀加工更加困難，但成型刀能夠加工標(biāo)準(zhǔn)刀不能加工或加工不到位的地方，是針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)刀的一種強(qiáng)有力的補(bǔ)充。

3）本文旨在分析成型刀在特殊曲線上車削螺紋的編程及應(yīng)用，用以應(yīng)對(duì)市場(chǎng)特殊需求。

參考文獻(xiàn)

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[3]楊樂.數(shù)控車工編程與加工技術(shù).重慶大學(xué)出版社，2014.

作者簡(jiǎn)介

韋世勇，天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)畢業(yè)，主要從事機(jī)械制造、數(shù)控技術(shù)等方面研究。