淺談在數(shù)控車床上運(yùn)用宏程序加工多線梯形螺紋軸的應(yīng)用

曾金平

摘 要：本文以廣州數(shù)控GSK980TD系統(tǒng)數(shù)控車床上加工多線梯形螺紋軸為例，借助于宏程序中的變量、算術(shù)代碼及轉(zhuǎn)移代碼特點(diǎn)，編寫出切實(shí)可行的多線梯形螺紋加工程序。經(jīng)過實(shí)踐操作驗(yàn)證，該程序結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，其通用性、靈活性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：宏程序 多線梯形螺紋 變量 數(shù)控車床

Discussion about the Application of the Macro Program to Process Multi-line Trapezoidal Threaded Shaft on CNC Lathe

Zeng Jinping

Abstract：This paper takes the machining of multi-line trapezoidal thread shaft on the CNC lathe of Guangzhou CNC GSK980TD system as an example. With the help of the characteristics of variables， arithmetic codes and transfer codes in the macro program， a practical multi-line trapezoidal thread machining program is written. Through practical operation verification， the program is simple in structure， reliable in operation， and strong in versatility and flexibility.

Key words：macro program， multi-line trapezoidal thread， variable， CNC lathe

多線梯形螺紋在機(jī)械工業(yè)應(yīng)用十分廣泛，多用于快速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)中。隨著社會(huì)的發(fā)展，多線梯形螺紋應(yīng)用的場合越來越精密，而對(duì)于加工技術(shù)要求也越來越高，無論是在普通車床上還是在數(shù)控車床上加工多線梯形螺紋，都是具有較大的挑戰(zhàn)性。都需要經(jīng)過合理的分析圖紙計(jì)算螺紋的各個(gè)參數(shù)、制定加工工藝、選擇適合的刀具材料及幾何角度。而在數(shù)控車床加工中，有手工編制程序和自動(dòng)編程兩種。對(duì)于大部分的零件，采用自動(dòng)編程都能夠達(dá)到很好的效果，而且快捷、方便。但是在少數(shù)情況下如復(fù)雜的零件，很難采用自動(dòng)編程完成，比如加工多線梯形螺紋。

本文以廣州數(shù)控GSK980TD系統(tǒng)數(shù)控車床上加工多線梯形螺紋軸為例，對(duì)多線梯形螺紋的數(shù)控車削加工方法進(jìn)行解析。

1 實(shí)例分析

如圖6-3所示，該零件為三線梯形螺紋軸零件，材料為：45#鋼，該零件梯形螺紋部分的直徑為40mm，導(dǎo)程為21mm，螺距為7mm，中徑和頂徑的公差等級(jí)為7e，牙兩側(cè)的表面粗糙度值為1.6μm，要求左端外圓φ440-0.018與右端外圓φ300-0.013同軸度達(dá)φ0.03。該零件要求的表面質(zhì)量及表面粗糙度值較高。根據(jù)對(duì)圖紙進(jìn)行分析，本次裝夾方式可采用一夾一頂?shù)难b夾方式進(jìn)行加工。

加工步驟如下：

1.工件伸出三爪自定心卡盤20mm并夾緊。

2.車平端面，鉆中心孔。

3.掉頭裝夾，工件伸出三爪自定心卡盤45mm夾緊，車端面控制總長。

4.粗車外圓φ44.2×35mm、φ35.2×25mm

5.精車外圓φ440-0.018×8mm、φ350-0.062×25mm

6.使用φ23麻花鉆鉆孔。

7.粗車內(nèi)孔φ24.8×34mm、φ27.8×10mm

8.精車內(nèi)孔φ250+0.033×24mm、φ280+0.033? ×10mm

9.采用一夾一頂裝夾方式裝夾

10.粗車外圓φ44.2×137mm、φ40.2×100mm、φ30.2×12mm

11.精車外圓440-0.018×37mm、φ400-0.021

×88mm、φ300-0.013×12mm

12.車錐度、切槽至尺寸合格

13.粗精車多線梯形螺紋

14.檢測零件

2 計(jì)算多線梯形螺紋的各個(gè)參數(shù)

加工時(shí)需要控制多線梯形螺紋尺寸及其計(jì)算：

根據(jù)圖紙已知多線螺紋的螺距P=7，牙型角α=30°，公稱直徑d=40，計(jì)算其他參數(shù)

中? ? 徑：d2? ?d2=d-0.5P=36.5

牙? ? 高：h3? ?h3=0.5P+ac=4

螺紋小徑：d3? ?d3=d-2h3=32

牙頂寬：f? ?f=0.366P=2.562

牙槽底寬：w? w=0.366p-0.536ac=2.294

3 梯形螺紋刀具幾何參數(shù)的確定及刃磨

3.1 多線梯形螺紋刀具材料的選擇

車削梯形螺紋刀具的材料有以下三種

3.1.1 高速鋼車刀：韌性好，能刃磨得較為鋒利，但耐熱性差，不能高速切削，一般用于螺紋的精加工，生產(chǎn)率較低。

3.1.2 硬質(zhì)合金車刀：硬度高，耐磨性好，耐高溫，熱穩(wěn)定性好，常用在高速切削，加工脆性材料螺紋，其缺點(diǎn)抗沖擊能力差，由于三面切削刃同時(shí)切削，其切削力大，容易引起振動(dòng)，表面粗糙度值較難把控。

3.1.3 超硬白鋼刀：超高硬度HRC-68-70，具有很高的紅硬性和耐磨性.抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性與普通高速鋼在同一水平上，壽命是普通高速鋼的2倍以上，提高機(jī)床生產(chǎn)率2倍以上，綜合性能達(dá)到含鈷高速鋼M42水平，具有很好的性能價(jià)格比。

根據(jù)對(duì)多線梯形螺紋軸圖紙進(jìn)行分析，綜合以上三種刀具材料的優(yōu)缺點(diǎn)，決定采用的刀具材料是：超硬白鋼刀。

3.2 多線梯形螺紋車刀幾何參數(shù)的選擇

3.2.1 超硬白鋼刀粗車刀的幾何角度

1）粗車刀的兩刃夾角 粗車刀應(yīng)小于牙形角。

2）刀頭寬度 粗車刀的刀頭寬度應(yīng)為1/4螺距寬，1.75mm左右。

3）縱向前角 粗車刀一般為10°～15°左右。

4）縱向后角 一般為6°～8°。

5）兩側(cè)刀刃后角? 由于受到螺旋升角的影響，使車刀的工作角度（前角和后角）發(fā)生了變化。而螺紋車刀左右側(cè)后角角度的大小直接影響到刀具的鋒利和強(qiáng)度。并且，影響到螺紋牙側(cè)的表面粗糙度。因此左側(cè)后角αoL=（3°～5°）+ψ；車刀右側(cè)后角αoR=（3°～5°）－ψ。

6）螺紋升角的計(jì)算

≈arctan0.183≈10°24′

根據(jù)公式得出：

αoL=（3°～5°）+ψ=13°24′～15°24′

αoR=（3°～5°）－ψ=－7°24′～－5°24′

3.2.2 超硬白鋼刀精車刀的幾何角度

多線梯形螺紋精車刀的刀尖等于梯形螺紋牙型角，即30°。徑向前角為0°，徑向后角取8°，兩側(cè)后角進(jìn)刀方向取10°，背進(jìn)刀方向取6°，刀頭寬度等于牙槽底寬w減去0.05mm。為了保證兩側(cè)切削刃切削順利，在兩側(cè)都磨有較大前角（進(jìn)刀側(cè)前角取12°，背吃刀側(cè)前角取16°）卷屑槽。車削時(shí)，車刀前端的切削刃不參加切削，只精車牙側(cè)。

4 梯形螺紋車削方法解析

根據(jù)刀具材料的選擇，多線梯形螺紋的車削方法有三種，

1.直進(jìn)法：車削時(shí)只需橫向進(jìn)給，雙面切削，容易產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象，但是能夠獲得正確的牙型角，適用于車削螺距較小的梯形螺紋P≤5mm。

2.斜進(jìn)法：在每次做往復(fù)行程后，除了橫向進(jìn)給外，還要向一側(cè)縱向方向做微量進(jìn)給，單面切削，不易產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象，用斜進(jìn)法粗車螺紋后，必須用左右切削法精車。適用于車削5mm≤P＜12的梯形螺紋。

3.左右切削法：除了橫向進(jìn)給之外，還要將刀具向左向右縱向微量進(jìn)給，單面切削，不易產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象，但縱向的左右移動(dòng)量不宜太大。適用于車削5mm≤P＜12的梯形螺紋。

根據(jù)以上三種切削方法的特點(diǎn)得出結(jié)果：車削螺距較大的多線梯形螺紋可以采用斜進(jìn)法和左右切削法兩種，都能夠避免三刃同時(shí)切削，產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象，但是斜進(jìn)法在精加工時(shí)還是需要左右切削法進(jìn)行精加工比較麻煩，而且在粗加工時(shí)有可能出現(xiàn)往一側(cè)微量進(jìn)給值不合理，直接影響到螺紋牙側(cè)表面粗糙度及牙型角。而利用宏程序編制多線梯形螺紋程序時(shí)，采用分成進(jìn)給、左右切削法對(duì)多線梯形螺紋進(jìn)行加工比較合理，不但解決了直進(jìn)法三刃同時(shí)切削，產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象和斜進(jìn)法在粗加工時(shí)有可能出現(xiàn)往一側(cè)微量進(jìn)給值不合理，直接影響到螺紋牙側(cè)表面粗糙度及牙型角等弊端。

5 運(yùn)用宏程序編制加工多線梯形螺紋軸程序

5.1 宏程序與固定程序的對(duì)比

在編制梯形螺紋程序時(shí)，一般都是選擇G代碼中螺紋切削代碼指令進(jìn)行編輯，操作者只要計(jì)算好螺紋的基本參數(shù)后，把相應(yīng)的數(shù)值帶入到螺紋切削代碼指令相應(yīng)的格式中即可。比如廣州數(shù)控GSK980TD系統(tǒng)數(shù)控車固定規(guī)定用于螺紋切削指令有G32、G92、G76，這三個(gè)指令都能夠完成梯形螺紋的切削，但是使用G32指令編程很繁瑣，從編程效率看，不可選用。而使用G92、G76指令進(jìn)行編程，編程效率提高了很多，但是會(huì)發(fā)現(xiàn)在加工多線梯形螺紋時(shí)，兩牙側(cè)很多毛刺，表面粗糙度極差，只能把梯形螺紋的形狀加工出來，螺紋的表面質(zhì)量和表面粗糙度無法控制。因此，系統(tǒng)還提供了宏代碼，宏程序引入了變量和表達(dá)式，還有函數(shù)功能，具有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)計(jì)算能力，能很好的解決的固定螺紋切削指令出現(xiàn)的各種弊端，大大的提高了生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

5.2 運(yùn)用宏程序編制多線梯形螺紋粗加工程序

以上是加工第一條螺旋槽程序，加工第二條螺旋槽時(shí)，只需在刀補(bǔ)位置，輸入W-7（螺距值）運(yùn)行，再次循環(huán)啟動(dòng)以上程序即可。加工第三條螺旋槽，重復(fù)操作加工第二條螺旋槽的加工方法即可。

5.3 運(yùn)用宏程序編制多線梯形螺紋精加工程序

運(yùn)行以上精加工程序，檢測中徑不合格的，可在刀補(bǔ)位置相應(yīng)的刀號(hào)上輸入W值來控制中徑值大小，直至中徑合格為止。

5.4 宏程序說明

5.4.1 宏變量

宏程序中，用“#”號(hào)后面緊跟1～4位數(shù)字，表示一個(gè)變量，如#1，#30，#100。變量可以代替程序中的數(shù)據(jù)，如尺寸、刀補(bǔ)號(hào)、G指令編號(hào)，變量的使用給程序的設(shè)計(jì)帶來了極大的靈活性。表1中，一段簡單的程序G0? X40? Z2上面的程序在X軸和Z軸做一個(gè)快速定位。其中數(shù)據(jù)40是固定的，引入變量后寫成#1=40；#1是一個(gè)變量，G92? X#1? Z-95? F21就是一個(gè)變量。表示G92? X40? Z-95? F21。

5.4.2 運(yùn)算符號(hào)與表達(dá)式

1）算術(shù)運(yùn)算符

加+，減—，乘?，除/

2）條件運(yùn)算符

條件運(yùn)算符用在宏程序流程控制IF和WHILE的條件表達(dá)式中，作為判斷兩個(gè)表達(dá)式大小關(guān)系的連接符。例如表1中IF[#1 GE32]GOTO15，表達(dá)的是：如果#1大于等于32成立，則返回 運(yùn)行15段程序。

5.4.3 賦值號(hào)＝

把常數(shù)或表達(dá)式的值送給一個(gè)宏變量稱為賦值，格式為：宏變量＝常數(shù)或表達(dá)式，如表1中#1=#1-0.2此式表示把#1的值與0.2相減，結(jié)果賦給#1。這不是數(shù)學(xué)中的方程式或等式。

6 結(jié)束語

通過加工多線梯形螺紋軸實(shí)踐驗(yàn)證，在數(shù)控車床上運(yùn)用宏程序編制多線梯形程序極大地簡化編程、精簡程序，且運(yùn)行可靠，加工出的表面質(zhì)量和表面粗糙度均可達(dá)到圖紙技術(shù)要求。不管加工多大的螺距、直徑或幾線螺紋只要改變宏程序中的變量和表達(dá)式就可以實(shí)現(xiàn)，使其更靈活、通用性更強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]廣州數(shù)控GSK980TD車床數(shù)控系統(tǒng)操作說明書. 2006.

[2]黃衛(wèi).數(shù)控技術(shù)與數(shù)控編程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[3]黃麗芬.數(shù)控車床編程與shukong操作—廣數(shù)GSK980TD車床數(shù)控系統(tǒng)，北京：中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2007．