利用宏程序?qū)崿F(xiàn)大螺距梯形螺紋加工

陳巍

上海市大眾工業(yè)學(xué)校 上海 201800

1 序言

螺紋在機(jī)械零件上有著廣泛的應(yīng)用。不同類型的螺紋加工方法不同，通常有直進(jìn)法、斜進(jìn)法、左右切削法及仿形法等，其中，仿形法是螺紋加工的核心理念。結(jié)合實際操作和應(yīng)用乃至競賽，采用數(shù)控宏程序加工螺紋的方法，不僅能降低定制刀具的成本，也可以提高加工效率。

在近幾年的數(shù)控技能比賽中，隨著比賽難度的增加，數(shù)控加工的內(nèi)容越來越豐富，簡單的宏程序已不能滿足加工要求，大賽中都會要求選手利用比較復(fù)雜的宏程序編程來加工零件。加工梯形螺紋是臥式車床加工中最基本的實訓(xùn)項目，因此在全國數(shù)控車床技能比賽中也成為一項重要的比賽內(nèi)容。而在常規(guī)的中職學(xué)生數(shù)控實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，由于學(xué)制的限制，在數(shù)控車床實訓(xùn)過程中很少安排梯形螺紋的加工練習(xí)。加之梯形螺紋加工的工藝比較復(fù)雜，需要有扎實的專業(yè)理論知識及數(shù)學(xué)功底作為支撐，這對中職學(xué)生來說有較大的難度。因此，高效率、高質(zhì)量的加工梯形螺紋是數(shù)控專業(yè)教師必需解決的難題。筆者認(rèn)為，通過合理的工藝分析，運(yùn)用準(zhǔn)確的數(shù)控加工指令，加工出合格的梯形螺紋完全有可能，前提是中職生要掌握復(fù)雜宏程序的編程知識。這樣不僅可以提高學(xué)生自身的技能和素質(zhì)，而且還可以降低加工難度，提高生產(chǎn)率，節(jié)約加工成本。

2 螺紋加工方法

2.1 螺紋加工方法分析

螺紋加工的常見方法有：直進(jìn)法、斜進(jìn)法、左右切削法及仿形法，其主要特點見表1。常用的螺紋加工指令有單一固定螺紋加工循環(huán)指令（G92）和復(fù)合循環(huán)螺紋加工指令（G76）。G92適用于直進(jìn)法的螺紋加工，適宜螺距＜3mm的螺紋，G76適用于斜進(jìn)法的螺紋加工，適宜螺距≥3mm的螺紋。單一固定螺紋加工循環(huán)和復(fù)合循環(huán)螺紋加工的區(qū)別在于：單一固定循環(huán)加工時，編程時只是通過人為地改動X方向的進(jìn)刀量，從而改變切削面積。而復(fù)合循環(huán)是通過程序給機(jī)床一個固定的切削面積，機(jī)床通過程序給定的參數(shù)自動進(jìn)行計算，控制切削面積。其共同的特點是刀具切削部分的形狀一定要和螺紋的形狀保持一致。

表1 常見螺紋加工方法特點

2.2 螺紋加工工藝分析

如果加工大螺距的梯形螺紋（螺距＞6mm）或任意角度的螺紋，可以用標(biāo)準(zhǔn)的梯形螺紋刀或定制的非標(biāo)螺紋刀（任意角度），但成本很高。此時，可以考慮編寫宏程序來解決大螺距螺紋的加工問題，常采用的方法是仿形法。由于梯形螺紋的螺距和牙型比較大，加工精度要求高，牙型兩側(cè)的表面粗糙度值較小，致使梯形螺紋車削時吃刀深，切削余量大，切削抗力也很大。

較大螺距梯形螺紋必須采用分層切削和左右切削相結(jié)合的方法。通常，把梯形槽分成若干層，而每一層的切削深度可以根據(jù)刀具材料、工件材料等實際因素而定，往往可以通過查表獲得。因梯形螺紋的結(jié)構(gòu)特點，每個切削層必須使用左右切削加工方法來完成。在切削過程中，刀具沿著梯形槽左、右牙型輪廓分別進(jìn)行左、右切削，并且保證刀具只有單側(cè)的切削刃參與切削，從而減小切削力，便于切屑排出，降低切削溫度。

3 螺紋加工軸向起點與終點的確定

車削螺紋時進(jìn)給速度分三個階段（見圖1）：起始需要一個升速進(jìn)刀距離（δ1），正常速度車螺紋距離（L），結(jié)束前有一個降速退刀距離（δ2）。所以車螺紋時，兩端要設(shè)置足夠的升速進(jìn)刀距離δ1及降速退刀距離δ2。δ1、δ2的數(shù)值與螺紋的螺距和螺紋的精度有關(guān)，一般大于等于一個螺距即可。實際生產(chǎn)中，螺距大和精度高的螺紋δ1取大值，一般取值2～5mm；δ2值不得大于退刀槽寬度，一般取退刀槽寬度的一半左右，取值1～3mm。

圖1 車螺紋時的進(jìn)刀與退刀

4 梯形螺紋加工

加工如圖2所示Tr52×8梯形螺紋，為降低成本，選用割槽刀進(jìn)行螺紋加工。

圖2 梯形螺紋

4.1 螺紋加工參數(shù)計算

螺紋加工時主要的加工參數(shù)是螺距、大徑及小徑。具體數(shù)值見表2。

表2 梯形螺紋加工參數(shù)

4.2 選刀依據(jù)

由于梯形螺紋用割槽刀進(jìn)行加工，為保證梯形螺紋的加工精度，割槽刀的刀寬必須小于螺紋槽底的寬度。經(jīng)過計算，槽底寬度為2.660mm，所以，選用刀寬為2mm的割槽刀。

4.3 加工方法分析

（1）左右趕刀移刀量計算 當(dāng)螺紋槽底寬度與割槽刀寬度相等時，根據(jù)先前介紹的梯形螺紋加工工藝分析，第一層的左右趕刀移刀量x＝牙深×tan（α/2）（見圖3a），而任意層的左右趕刀移刀量x＝a×tan（α/2），a表示牙深當(dāng)前層背吃刀量（見圖3b）。

圖3 螺紋槽底寬度與割槽刀寬度相等時趕刀移刀量

當(dāng)螺紋槽底寬度大于割槽刀寬度時（見圖4），任意層的左右趕刀移刀量x＝a+b＝（牙深－當(dāng)前層背吃刀量）×tan（α/2）+b，其中b＝（槽底寬度－刀頭寬度）/2。

圖4 槽底寬大于刀寬時趕刀移刀量

（2）層切法 分層加工就是把梯形螺紋的深度分成若干層（一般取0.1mm一層，見圖5），給定參數(shù)后，程序會根據(jù)給定的參數(shù)自動計算。

圖5 分層加工

加工原理：根據(jù)給定的參數(shù)，程序會自動計算當(dāng)前層的深度和槽的寬度，然后再根據(jù)所設(shè)定的每一刀的切削量來加工當(dāng)前層，等當(dāng)前層的寬度加工完畢后，程序會自動進(jìn)入下一層計算，以此類推最終完成加工。螺紋粗加工結(jié)束后，改變編程方法，只要編出螺紋的軌跡，也就是只要加工螺紋的兩個斜面及底平面，采用這樣的加工方法，既能保證每一層的寬度、螺紋的質(zhì)量，還能很好地保護(hù)刀具。

4.4 參考程序

利用宏程序進(jìn)行編程時，變量設(shè)置是關(guān)鍵，且需要注意兩點。第一，為了提高數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)算速度，參數(shù)變量要盡量少。第二，程序編制要有循環(huán)功能。通過數(shù)學(xué)分析，本案例共計用到7種不同含義的變量。#1（#8）為螺紋牙高（mm），初始值為4.5mm，#2（#9）為梯形螺紋的牙型半角（°），#3（#10）為螺紋槽頂寬與槽底寬差值的二分之一（mm），#4（#11）為（牙槽底寬－刀頭寬度）/ 2減去側(cè)面精車余量（mm），#5（#12）為左趕刀移刀量（mm），#6（#13）為右趕刀移刀量（mm），#7為每次切削螺紋終點X坐標(biāo)，其中括號內(nèi)的變量用于梯形螺紋的精加工程序編寫。

本案例中，宏程序編程的關(guān)鍵是實現(xiàn)兩個加工功能，即分層切削加工和左右切削加工。結(jié)合G92單一固定螺紋切削循環(huán)指令，左右切削加工功能可以通過切削起點的相應(yīng)移動，即利用“#5＝－#3－#4”和“#6＝#3+#4”程序語句來實現(xiàn)。當(dāng)前層相鄰兩刀間的移動量通過“#5＝#5+1”來實現(xiàn)循環(huán)。深度方向相鄰層的實現(xiàn)通過“#1＝#1－0.1”來循環(huán)實現(xiàn)，每層的切削深度取0.1mm，而每層中螺紋的X坐標(biāo)不變，始終為#7＝43+2[#1]。參考程序如下。

5 結(jié)束語

利用宏程序進(jìn)行大螺距梯形螺紋加工時，程序編制比較麻煩，需要編程操作人員具備較高的數(shù)學(xué)計算能力、程序匯編能力，并對機(jī)械加工工藝流程有詳細(xì)的了解與掌握。但是通過整個流程的學(xué)習(xí)，可以不斷提高編程操作人員的專業(yè)素養(yǎng)、技能水平，以及社會競爭能力。并且利用宏程序進(jìn)行大螺距梯形螺紋加工無需定制標(biāo)準(zhǔn)螺紋刀具或者非標(biāo)的任意角度的螺紋刀具，大大節(jié)約了螺紋加工刀具的成本，對于企業(yè)的發(fā)展有著不可小覷的促進(jìn)作用。