數(shù)控車加工圓弧螺紋的宏編程探討

張志航

（洛陽(yáng)理工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，河南 洛陽(yáng)471023）

數(shù)控車是我們常見的加工設(shè)備，對(duì)于各種零件的加工和各種生產(chǎn)任務(wù)的完成，數(shù)控車都做到了較高的水平。數(shù)控車加工圓弧螺紋是一種比較綜合的螺紋，具體的加工和生產(chǎn)，應(yīng)按照實(shí)際的需求來決定。宏編程作為數(shù)控車加工圓弧螺紋的核心組成部分，其產(chǎn)生的影響是絕對(duì)性的，并且在很多方面都實(shí)現(xiàn)了編程的人性化和智能化，可根據(jù)不同要求和條件來進(jìn)行編程，總體上也可以加入一些個(gè)人的習(xí)慣或者是企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。在此，本文主要對(duì)數(shù)控車加工圓弧螺紋的宏編程展開討論。

1 問題的提出

在現(xiàn)實(shí)的工作當(dāng)中，螺紋的分類方法是比較多的，不同的方法可將螺紋分成具體的類別，便于加工和生產(chǎn)。一般而言，按照牙型分類是比較常見的方法，牙型將螺紋劃分為三角螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋、圓弧螺紋等等。部分人對(duì)圓弧螺紋感覺會(huì)有一點(diǎn)點(diǎn)的陌生。從技術(shù)的角度來分析，圓弧螺紋，主要是牙型截面保持圓弧狀態(tài)的螺紋（結(jié)構(gòu)圖如圖1）。同時(shí)，在球面上加工的三角螺紋，并不能將其稱之為圓弧螺紋，這是錯(cuò)誤的。

圖1 圓弧螺紋結(jié)構(gòu)圖

在日常的生產(chǎn)工作中，倘若是會(huì)遇到一些牙底或者是牙頂均圓弧界面的螺紋加工，則能夠?qū)⑵渑卸閳A弧螺紋加工。數(shù)控車加工圓弧螺紋并不是一件容易的事情，以圖2 為例。

在加工的過程當(dāng)中，遇到圓弧螺紋的時(shí)候，并不能單純的按照既有的思路或者是方法來進(jìn)行加工，那樣很容易進(jìn)入到一個(gè)比較復(fù)雜的局面。圖1 所表示的零件圖，是比較常見的圓弧螺紋加工。該零件是典型的圓弧螺紋。同時(shí)，在詳細(xì)的測(cè)量后，發(fā)現(xiàn)該零件的牙頂、牙底圓弧半徑相同，也就是說，表現(xiàn)出了突出的形態(tài)特點(diǎn)。該零件在深度方面，測(cè)定后發(fā)現(xiàn)深度為27mm，并不是特別的深入。材料為45 鋼，調(diào)質(zhì)HRC25-28。在加工過程中，如果是利用比較普通的車窗進(jìn)行成形刀加工，并不能得到理想的結(jié)果。

圖2 圓弧螺紋加工示意圖

經(jīng)過大量的測(cè)試和研究，發(fā)現(xiàn)用普通的加工方法，得到的圓弧螺紋零件，在勞動(dòng)強(qiáng)度上，要高于一般的零件加工，有些時(shí)候甚至?xí)_(dá)到2 倍以上的勞動(dòng)強(qiáng)度；生產(chǎn)效率比較低，傳統(tǒng)的加工方法與圓弧螺紋并不相符，固有的編程方法也不能在短期內(nèi)進(jìn)行更改，一般情況下，每天的加工僅有5～6 只，成本過高；表面質(zhì)量差，運(yùn)用傳統(tǒng)的方法加工，得到的圓弧螺紋零件質(zhì)量較低，尺寸的把控并不容易。同時(shí)，在詳細(xì)的檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)方法所得到的圓弧螺紋零件，比較容易產(chǎn)生廢品。

2 編程思路

數(shù)控車加工圓弧螺紋的宏編程，必須從客觀條件出發(fā)，否則是無法得到理想結(jié)果的。目前，F(xiàn)ANUCOi 系統(tǒng)的數(shù)控車是比較常見的設(shè)備，以此為例討論宏編程的思路。數(shù)控車加工圓弧螺紋的宏編程，為了確保編程的正確性和可用性，提出了以下思路：首先，宏編程的目的，是利用數(shù)控系統(tǒng)的宏程序功能，計(jì)算出相應(yīng)的數(shù)據(jù)或者是指標(biāo)。例如，我們可以利用數(shù)控車加工圓弧螺紋的宏編程，有效的計(jì)算出牙頂和牙底的圓弧坐標(biāo)（如圖3），以此來確定如何加工。另外，利用坐標(biāo)可設(shè)定具體的加工制定，最后得到的圓弧螺紋產(chǎn)品，也是值得信賴的，可基本上告別傳統(tǒng)方法加工的不良后果。

在具體的車削中，需要展開的對(duì)程序結(jié)構(gòu)中循環(huán)功能宏指令進(jìn)行分析，具體內(nèi)容如下：

（1）外循環(huán)。是將螺紋圓弧牙型的總切削深度在X 向展開分層，并在螺旋槽加工后，則可以對(duì)下一層的進(jìn)刀，從而展開螺紋圓弧的加工。在具體的加工中，需要保障有效的加工軌跡。

（2）內(nèi)循環(huán)。在沿X 向分層后，由Z 向展開對(duì)切削槽寬分層。內(nèi)循環(huán)中，需要保障刀具在X 向和Z 向的有效運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而保障圓弧螺紋的加工的線型，確保工件加工完成后，可以滿足零件的基本需求。

圖3 圓弧螺紋牙頂和牙底

3 編程及優(yōu)勢(shì)

3.1 編程

為了確保數(shù)控車加工圓弧螺紋的宏編程是完全可行的，需要在實(shí)際的加工中，計(jì)算的更加精確一些。經(jīng)過大量的討論與研究，認(rèn)為數(shù)控車加工圓弧螺紋，其在牙底圓弧的加工范圍，應(yīng)設(shè)定在60°～120°之間，牙頂加工的范圍，則是控制在-60°～120°之間。在實(shí)際的加工過程中，牙頂和牙底圓弧螺紋旋線加工軸向位置，必須要錯(cuò)開3mm，否則將會(huì)得到不合格的產(chǎn)品，屆時(shí)所造成的損失會(huì)更大。

另外，在編程時(shí)需要合理展開的變量的控制，其中主要變量由圓弧螺紋的一側(cè)槽寬和另一側(cè)槽寬。再對(duì)Z 向進(jìn)刀后，X 向的坐標(biāo)、圓弧車刀圓心運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑和螺紋槽的深度等變量進(jìn)行綜合控制，進(jìn)而完成對(duì)數(shù)控車加工圓弧螺紋的宏編程。

3.2 宏程序編程優(yōu)勢(shì)

在宏程序編程技術(shù)使用中，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)如下：第一，通過與普通程序相比，在宏程序編程的過程中，可以提高常量運(yùn)算的效果。宏程序編程技術(shù)中，可以跳轉(zhuǎn)運(yùn)算，具有較為明顯的操作靈活性；第二，在宏程序編程中，可以按照變量的狀況，對(duì)變量之間的運(yùn)算、程序等進(jìn)行系統(tǒng)性的分析，保證各項(xiàng)跳轉(zhuǎn)工序按照規(guī)范性的動(dòng)作進(jìn)行，以提高編程數(shù)據(jù)處理的效果；第三，結(jié)合宏程序編程的技術(shù)特點(diǎn)，會(huì)針對(duì)不同零件、不同分具的零件特點(diǎn)，確定變量編程執(zhí)行方案，以增強(qiáng)程序誰(shuí)定的規(guī)范性、靈活性。

3.3 程序原理

結(jié)合螺紋的截面形狀特點(diǎn)，其主要由直線、斜線共同組合而成，這些工藝結(jié)構(gòu)的界面參數(shù)相同，為了提高各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析及管理的效果，應(yīng)該結(jié)合給定速度以及給定輪廓線等，確定輪廓的已知點(diǎn)，增強(qiáng)中間數(shù)據(jù)的處理效果，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析以及密化處理的目的。而且，在粗加工的工藝分析中，為了保證各項(xiàng)參數(shù)分析的精確性，需要擴(kuò)大步距，有效節(jié)約工程操作時(shí)間。在加大螺距螺紋的情況下，設(shè)備操作人員要仔細(xì)分析設(shè)備協(xié)調(diào)狀況，通過切刀刀頭的寬度大小或是螺紋牙底寬度等，科學(xué)整改設(shè)備參數(shù)。

4 加工工藝

4.1 刀具選擇

數(shù)控車加工圓弧螺紋的宏編程在完成后，還要在刀具的選擇上注意，并不是所有的刀具都能夠應(yīng)用的。根據(jù)實(shí)際的標(biāo)準(zhǔn)和要求，應(yīng)選擇自制刀桿來完成加工工作。注意，刀磨刀頭的時(shí)候，必須充分注意刀尖角的大小。倘若是角度太大，則會(huì)造成過切的現(xiàn)象，得到的產(chǎn)品體積會(huì)比較??；倘若角度太小，則容易出現(xiàn)崩刀的問題，會(huì)對(duì)操作人員造成威脅。為此，刀磨后的角度，應(yīng)控制在8°～-10°之間。另外，在生產(chǎn)、加工以前，還要對(duì)數(shù)控車加工圓弧螺紋的宏編程進(jìn)行反復(fù)的核實(shí)與檢驗(yàn)，減少不必要的問題發(fā)生。

4.2 裝夾方式的選擇

在展開零件的加工時(shí)，需要合理的展開裝夾方式的選擇，確保數(shù)控車加工過程中，不會(huì)出現(xiàn)的脫離的情況，進(jìn)而有效保障加工的質(zhì)量。該零件在具體的加工中，具有較大的切削力，且兩端的外圓尺寸不是十分大。針對(duì)這類情況，單穿的三爪卡盤夾的效果不夠理想，可能會(huì)導(dǎo)致脫夾的情況。故此，可以選擇三爪卡盤聯(lián)合活動(dòng)頂尖的方式，完成對(duì)工件的裝夾，進(jìn)而避免工件出現(xiàn)位移造成加工尺寸不理想的情況。

4.3 具體加工方式

數(shù)控車加工圓弧螺紋的牙型較深、寬度較大和切削量大等特點(diǎn)，為了保障切削質(zhì)量，規(guī)避車削熱和車削阻力的情況，選擇低速車削的方式。如果工件的基本情況，且容易出現(xiàn)位移。根據(jù)上述選擇的裝夾方式，有效完成對(duì)工件的裝夾。車削螺紋過程中，螺紋螺距、驅(qū)動(dòng)電機(jī)升降頻特性、螺紋插補(bǔ)運(yùn)算速度是車床主軸轉(zhuǎn)速的直接影響因素，按照主軸轉(zhuǎn)速公式N=1200/P-K 可以計(jì)算。公式中的p 代表螺紋螺距，mm，k 為保險(xiǎn)系數(shù)，通常取值為80。具體的車削中，為了避免車削對(duì)刀具的損傷，需要在運(yùn)用切削指令的G92 的基礎(chǔ)上，還需要合理的循環(huán)指令G76。具體的走刀過程中，先按照X 向展開分層，再在分好的層層次中，按照Z(yǔ) 向展開進(jìn)刀。從而有效保障車削質(zhì)量，避免車削出現(xiàn)質(zhì)量問題和安全問題。

5 結(jié)論

本文對(duì)數(shù)控車加工圓弧螺紋的宏編程展開討論，在現(xiàn)階段的工作中，宏編程已經(jīng)成為了數(shù)控車加工零件的主要部分，其決定性較為突出。圓弧螺紋是一種比較特殊的零件加工，通過宏編程滿足了加工的要求，說明在日后的加工和生產(chǎn)中，需對(duì)宏編程開展深入的研究，要在更多方面滿足零件的加工要求。同時(shí)，宏編程應(yīng)設(shè)定更多的方法，與一些特殊的零件類型相配套。