利用宏程序加工几种特殊螺纹

摘 要 2010年第四届全国数控技能大赛如约而至，本人从第二届开始就一直参与这项赛事，深深感受到每届比赛对选手知识面的深度、知识深度、广度要求不断加大。从第一届的梯形螺纹配合到第二届的宏程序加工旋转椭圆，第三届正余弦曲线、蜗杆加工，再到今年的圆弧螺纹加工。实际操作中，若对几种特殊类型螺纹用传统加工方法如直进法，斜进法，左右进法和分层进法进行加工，难以完成。本文针对这几种特殊螺纹，巧用宏程序编程加工，可在最短的时间里完成加工，方便在竞赛中熟练运用。

关键词 数控；宏程序；螺纹；加工

中图分类号TG62 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）114-0202-03

2010年7月我作为参赛选手，参加了全国第四届全国数控技能大赛广东省省属技校数控车床教师组的选拔。记得在6月份广州市技工院校职业技能竞赛样题中，有一个圆弧螺纹加工的题目，一般传统加工螺纹方法有：直进法，斜进法，左右进法和分层进法。由于螺纹的形状是圆弧形的，圆弧半径为R4.5，在传统的加工方法中，例如用直进法（又称成形法）车削普通螺纹时，车刀不向左右“赶刀”，只由中滑板作横向进给，逐步切进，使螺纹直接成形，操作简单，能保证牙型清晰，其轴向切削分力在加工中互相抵消，使压型误差减小。但是用这个方法加工圆弧型的牙型，圆弧面很难保证顺滑，而且圆弧切削刃同时参与切削，排屑困难，总切削力和径向切削力增大，受力和受热严重，刀尖容易磨损。而比赛是一个选手综合素质的体现，不仅要求过硬的操作技术，果断的判断思维，还必须有与时间竞赛的意识；不仅要有高质量的刀具，还要有所在单位强有力的资金支持等等。

笔者经过不断尝试，总结出方便快捷、高质高效解决圆弧螺纹加工的办法：利用宏程序用变量的形式编写出加工圆弧螺纹轨迹的程序，用起始点和终点坐标控制轨迹，利用坐标偏移法用35°尖刀进行加工。

图1 图2

1 螺纹的圆弧半径为R4.5，螺距为10mm，如图1

在比赛过程中，一般很少有选手会配备R3以上的圆弧刀具，原因一：在使用圆弧刀具加工过程中刀具与工件接触面积大，切削力大，很有可能会造成工件报废，甚至出现工件飞脱造成危险；原因二：用圆弧刀具加工无法保证表面粗糙度。而利用宏程序编程加工这种大螺距特殊螺纹，可以减少切削力，缩短加工时间，提高工作效率，能更好地保证加工尺寸，得到更好的表面粗糙度。

说明： 采用R0.4的尖刀，利用刀具圆心编程。

加工程序

O0001

T0101 调用一号刀具R0.4尖刀

G99 G0 X150 Z150 定位

M03 S700 主轴正转，转速700

G0 X85 Z2 定位到起点

#1=-20 赋值

WHILE[#1GE-160]DO1 条件循环

#2=SIN[#1]*4.1 用角度编圆方程X方向半径4.1（圆弧R4.5减刀尖圆弧0.4）

#3=COS[#1]*4.1 用角度编圆方程Z方向半径4.1（圆弧R4.5减刀尖圆弧0.4）

#4=#2*2+77 定义圆心与编程原点的距离X方向

#5=#3+2 定义圆心与编程原点的距离Z方向

G0 X#4 Z#5 坐标定位

G32 Z-48 F10 螺纹切削

#1=#1-1 变量定义

G0 X85 退刀

G0 Z2 退刀

END1 条件循环结束

G0 X150 Z150 退刀

M30 程序结束

2 在圆弧面上进行圆弧螺纹加工，如图2。

说明：采用R1.5的圆弧刀具，利用刀具圆心进行编程，沿着R1.5圆周走刀。

加工程序

O0010

T0101

G99 G0 X150 Z150

M03 S700

G0 X90 Z6

#1=0

WHILE[#1GE-180]DO1

#2=SIN[#1]*1.5

#3=COS[#1]*1.5

#4=#2*2+76.08

#5=#3+6

G0 X#4 Z#5

#1=#1-4

#6=73.536

WHILE[#6LE106.46]DO2

#7=SIN[#6]*60

#8=COS[#6]*60

#9=[#7+#2]*2-39

#10=[#8+#3]-11

G32 X#9 Z#10 F7.5

#6=#6+5

END2

G0 X90

Z6

END1

G0 X150

Z150

M30

3 在锥面上进行锥螺纹加工，如图3

首先把零件外形尺寸加工完成，接着就利用对中尖刀进行加工。（加了刀尖圆弧补偿0.5）第二段减了0.5，第三段跟着偏移。起点延长10mm，终点延长4mm。

图3

说明：采用35度对中刀，改刀补分层加工。

加工程序

T0202

G0 X150 Z150

M3 S500

G0 X85 Z10

#1=0

WHILE[#1GE-1.03]DO1

#2=#1/TAN[20]*2+48.72

#3=#1+10

G0 X#2 Z#3

G32 U32.02 W-44 F6

G0 X85

Z10

#1=#1-0.1

END1

#11=0

WHILE[#11GE-1.38]DO2

#12=#11*TAN[-20]*2+43.08

#13=#11+8.97

G0 X#12 Z#13

G32 U32.02 W-44 F6

G0 X85

Z10

#11=#11-0.15

END2

#21=0

WHILE[#21GE-1.34]DO3

#22=#21/TAN[-20]*2+44.09

#23=#21+7.59

G0 X#22 Z#23

G32 U32.02 W-44 F6

G0 X85

Z10

#21=#21-0.1

END3

G0 X150

Z150

M30

4 在椭圆面上进行圆弧螺纹加工，如图4

图4

说明：采用R3圆弧刀，因为进、退刀都没有进退刀槽所以采用螺旋进退刀方式。

加工程序

T0101

G99 G0 X150 Z150

M03 S700

G0 X52 Z10

#1=19

WHILE[#1LE129.5]DO1

#2=SIN[#1]*22.5

#3=COS[#1]*55

#4=#2*2

#5=#3-55

G32 X#4 Z#5 F12

#1=#1+5

G32 X52 F12

G0 Z10

END1

G0 X150 Z150

M30

特别注意，在以上四种典型的特殊螺纹加工过程中，由于螺距较大，有些数控车床可能对最高切削速度有限制，所以使转速受到一定约束。但是我们可以通过修改车床相关参数提高切削速度。例如在广州数控GSK980TDa的数控车床系统中，可以设置27号系统参数为8000（一般默认设置为5000）。

随着数控加工技术不断发展，可能会有更好的特殊螺纹加工方法。本文所提出的方法仅供参考，在实践应用中，由于存在机械损耗、振动、伺服系统定位精度等各种因素，仍存在少许误差，只要精车余量稍留多些就可修正。在修改参数值时，要注意螺纹切削中各轴指数加减速的下限值的设置。在不同数控系统和不同数控机床中，其软件设计升降速规律不同，参数设置也会有所不同，这就需要另行处理、解决才能达到最佳的效果。

参考文献

[1]沈建峰，朱勤蕙主编.数控加工生产实例.北京：化学工业出版社出版，2007，1.

[2]全国数控培训网络天津分中心.数控编程.北京：机械工业出版社，1997，3.

[3]唐应谦主编.数控加工工艺学.北京：中国劳动社会保障出版社，2000，5.

[4]数控加工技师手册.北京：机械工业出版社，2005，4.

[5]田春霞主编.数控加工工艺.北京：机械工业出版社，2005，4.