不銹鋼管螺紋分層車削的宏程序編程方法

彭 正，黃冬英

（江蘇省江陰中等專業(yè)學校，江蘇 江陰 214433）

不銹鋼材料強度高且具有優(yōu)異的耐蝕性，所以在重工業(yè)、輕工業(yè)、生活用品行業(yè)以及建筑裝飾等行業(yè)中獲得廣泛的應用。在國外，不銹鋼由于無異味、無有害物質(zhì)析出、保持水質(zhì)純凈、對人體健康無害，已廣泛應用于水暖管件設備中。不銹鋼材料的切削加工具有了一定的難度。對于不銹鋼材質(zhì)的螺紋加工更是難上加難。

相對于普通材質(zhì)螺紋的車削，不銹鋼螺紋車削有每刀切削量要小、保證單刃切削等更高的要求，這也導致了不銹鋼螺紋車削的程序編制增加了很大的難度。采用普通方法編寫數(shù)控加工程序已不適合，需采用高級編程方法——宏程序來實現(xiàn)循環(huán)車削加工。

在不銹鋼水暖管件、液體管道應用中的接頭基本都采用帶有錐度的管螺紋，其相關(guān)尺寸的計算、宏程序的編程等相對于普通三角螺紋更復雜。本文立足于解決大型不銹鋼管螺紋接頭數(shù)控車削加工中的實際問題，重點討論利用分層切削法車削錐螺紋，并以FANUC數(shù)控車削系統(tǒng)為例，利用宏程序編寫數(shù)控車削加工程序，從而實現(xiàn)不銹鋼管螺紋接頭的數(shù)控自動加工。

1 管螺紋分層切削法分析

對于螺紋分層切削法在其他文獻及本人曾發(fā)表文章《大螺距三角形螺紋分層車削的宏程序編程方法》中都有詳細的論述，這里將不再贅述。

2 不銹鋼管螺紋宏程序編程分析

本文以美制3-8 NPT管螺紋（見圖1）為例，對外螺紋的宏程序編程進行分析。

2.1 刀具的正確選擇

在數(shù)控車床上一般都采用數(shù)控機夾刀桿和刀片進行車削加工。對于螺紋，主要根據(jù)螺紋的具體牙型和螺距、切削材質(zhì)等合理選擇數(shù)控機夾刀片。美制3-8NPT不銹鋼管螺紋的牙型角為60°，螺距為3.175 mm，市場上很容易就能買到加工此型號螺紋的數(shù)控刀片，如果不是整盒購買，最好記錄下刀片盒子上由廠家提供的切削用量參數(shù)，以便編程時據(jù)此合理確定切削參數(shù)。（例如：廠家提供的加工不銹鋼材質(zhì)推薦的切削速度為Vc=120 m/min，以本管螺紋基準平面內(nèi)的中徑直經(jīng)86.068 mm為參照來計算車削時的主軸轉(zhuǎn)速為：n=1 000×120/（3.14×86.068）≈444，加工時取400 r/min）。

美制NPT管螺紋的牙型面的對稱中心線應垂直于螺紋軸線（圖2所示），在裝夾刀具時應注意。應保證螺紋刀頭兩刀刃的對稱中心線與螺紋軸線垂直。

表1 美制一般密封管螺紋的基本尺寸Tab.1 The basic dimensions of American general sealing pipe thread

2.2 根據(jù)螺紋代號，計算確定管螺紋各主要尺寸

相對于普通三角形外螺紋，管螺紋各部分尺寸計算比較復雜。

根據(jù)表1和圖3內(nèi)相關(guān)尺寸示意圖得知，管螺紋的錐度為1∶16，在基準平面內(nèi)（距離端面19.456 mm的理論平面）螺紋的大徑、中徑、小徑分別為：φ88.608，φ86.068，φ83.528?？紤]到便于尺寸計算及螺紋車削時的空刀導入段和退出段，把螺紋車削的Z向起始點選擇在離端面4.544處、終點選擇在離端面27.456處，然后采用45°斜向退刀。綜合以上分析，通過計算得到管螺紋編程起始點（Z4.544）的大徑、中徑、小徑分別為：φ87.108，φ84.568，φ82.028；管螺紋編程結(jié)束點（Z-27.456）的大徑、中徑、小徑分別為：φ89.108，φ86.568，φ84.028。

2.3 采用分層切削法粗車時，刀具最大偏移量的確定

如圖4所示，本螺紋加工將采用分層借刀法加工。在每個切削層，車刀刀尖將從牙型右側(cè)面向左逐漸逼進左側(cè)面。由于該螺紋牙型為左右對稱，故在每個切削層，刀尖相對牙型凹槽正中間的左右最大偏移量相等、方向相反。

由于采用分層切削加工后在牙型面上會留下明顯的多刀車削痕跡、影響螺紋表面質(zhì)量，因此需采用粗、精加工兩個步驟。

粗加工時在某一切削層內(nèi)刀尖相對牙型凹槽正中間的右側(cè)最大偏移量Zcpyzy可按以下公式計算：

其中：h——牙型高度；hc——粗車后的牙型高度；n——加工至第n層；ap——每層切削深度。

左側(cè)最大偏移量Zcpyzz=-Zcpyzy.

2.4 精車螺紋

采用分層借刀完成螺紋粗車后，為了保證Z向精度，可采用換下粗車刀片然后裝上精車刀頭進行螺紋的精加工。由于該螺紋螺距為3.175 mm，牙型高度值適中，故精車時不采用分層加工，左右兩牙側(cè)面采用少量多刀的方法完成精修，但在完成精車后在牙型的最底部會產(chǎn)生一個小三角形余量，由于余量值很小，故采用直進法去除牙底余量并車至螺紋小徑處。

3 管螺紋粗、精加工的宏程序編程

根據(jù)以上分析，本文以FANUC0i-TD數(shù)控系統(tǒng)為例，對圖1所示管螺紋進行宏程序編程。

O3001（粗車程序）

M03 S300

T0303 M08

#1=87.108（螺紋起點處的大徑）

#2=3.175（螺紋的螺距）

#3=2.54（螺紋牙型高度）

#4=2.4（粗車后的牙型高度，留精車余量）

#5=0.6（徑向每層切削深度值，此值要能被#4整除）

#7=0.3（粗車時，在每層上的每刀軸向借刀量）

#8=4.544（螺紋編程起點的Z向坐標值）

#9=-27.456（螺紋編程終點的Z向坐標值）

#10=89.109（螺紋編程終點處的大徑）

G00 X[#1+20]Z[#8]

#14=#4（從粗車牙型高度開始分層）

N1#14=#14-#5

#6=#14*TAN[30]（計算出某切削層中刀尖向右側(cè)的最大借刀量）

#16=#6

N2 G00 Z[#8+#16]

G00 X[#1-2*#4+2*#14]

G32 X[#10-2*#4+2*#14]Z[#9+#16]F#2

G32 U6 W-3 F#2

G00 X[#1+20]

IF[#6 EQ 0]GOTO4（車了牙底最后一刀后退出螺紋車削）

IF[#16 EQ-#6]GOTO3（在某層上車了最左側(cè)一刀后準備車下一層）

#16=#16-#7（軸向每次向左側(cè)借刀0.3 mm）

IF[#16 GE-#6]GOTO2（在某層上循環(huán)借刀車削）

IF[#16 LT-#6]THEN#16=-#6

GOTO2（計算出的借刀量超出最左側(cè)時，重新賦值后再車1刀）

N3 IF[#14 GT 0]GOTO1

N4 G00 X200

Z100

M05

M09

M30

%

O3002（精車程序）

M03 S300

T0303 M08

#1=87.108（螺紋編程起點處的大徑）

175（螺紋的螺距）

#3=2.54（螺紋牙型高度）

#4=2.4（粗車后的牙型高度，留精車余量）

#5=0.08（螺紋牙型側(cè)面的Z向總精車余量）

#6=0.02（精車每刀Z向精車余量，能被#5整除）

#8=4.544（螺紋編程起點的Z向坐標值）

#9=-27.456（螺紋編程終點的Z向坐標值）

#10=89.109（螺紋編程終點處的大徑）

G00 X[#1+20]Z[#8]

#16=0

N1#16=#16+#6（每刀軸向精車0.02 mm）

N2 G00 Z[#8+#16]

G00 X[#1-2*#4]

G32 X[#10-2*#4]Z[#9+#16]F#2

G32 U6 W-3 F#2

G00 X[#1+20]

IF[#16 LT 0]GOTO3

IF[#16 GT 0]THEN#16=-#16（精車右側(cè)后精車左側(cè)）

GOTO2

N3#16=-#16

IF[#16 LT#5]GOTO1（共循環(huán)精車4刀）

G00 Z[#8]

G00 X[#1-2*#3]

G32 X[#10-2*#3]Z[#9]F#2（精車牙底余量）

G32 U6 W-3 F#2

G00 X[#1+20]

G00 X200

Z100

M05

M09

M30

%

4 結(jié)語

以上是一種不銹鋼管螺紋的數(shù)控車削粗、精加工程序，對于同類型但不同規(guī)格的管螺紋，只需修改其中的變量參數(shù)值就可直接使用。