浅析圆弧螺纹编程加工

摘 要：学生在参加数控技能竞赛训练时，经常会遇到一些较为复杂的异形螺纹（如，圆弧螺纹、矩形螺纹等）。通过对圆弧螺纹的工艺分析、加工方法及编程指令的研讨，探索出一套可以在数控车床上加工各种圆弧螺纹的加工方法，经实际加工证实，程序工艺编制合理，加工质量高，解决了圆弧螺纹在数控车竞赛中的难题。

关键词：数控车床；圆弧螺纹；加工工艺；数控编程

竞赛对学生的技能有着更高的要求，因此，在训练过程中要有针对性地进行宏程序的训练。一般宏程序不作讨论，本文主要探讨圆弧螺纹的问题。圆弧螺纹是一种非标准的螺纹，也可以称其为圆弧螺旋线，其在普通车床上很难加工，需要操作者有着高超的技能，但圆弧螺纹的精度还是会受到人为的因素影响。所以，数控车床的高精度性能为圆弧螺纹的车削提供了良好的加工基础，在加工的过程中，要制定好合理的加工工艺、加工方法和准确的程序编制，这样就能很好地完成圆弧螺纹的加工。

在历次的比赛当中，出现了以下几种类型的圆弧螺纹：凹圆弧螺纹、凸圆弧螺纹、圆弧面上的圆弧螺纹（如图1、图2、图3所示）。本文将围绕着这三种类型的圆弧螺纹进行分析，并根据加工方法准确地编制加工的宏程序。

一、凹圆弧螺纹 1.加工方法分析

数控车床一般加工螺纹的方法有三种方法：直进法、斜进法、左右切削法。斜进法又称单面赶刀法，主要用于大螺距螺纹的加工，它本身存在有缺点：牙型角不对，长度不对和大小径尺寸不对。左右切削法又称双面切削法，适合大螺距螺纹的加工，本文要研究的圆弧螺纹属于大螺距螺纹，但由于牙型较为特别，所以斜进法和左右切削法都不合适。

直进法又称为仿形法，在车削螺纹时它的刀刃全部将进行工作，导致加工切削力和切削温度的增加，造成排屑的困难。当切削到一定的深度时，易出现“扎刀”和“崩刀”的现象。但是当刀具的材料和质量都较好，每次切削深度都掌握好的同时，圆弧螺纹还是能够顺利地进行加工的。

凹圆弧螺纹，牙型角为R3的圆弧，牙型高度为

3 mm，螺距为10 mm，在竞赛当中，对于螺纹深度不大，加工余量不多的情况下，为了能够更快更准确地更好地完成任务，笔者选用R3的圆弧螺纹车刀进行仿形法分层的加工。

2.加工工艺

采用R3mm的圆弧螺纹车刀直进法加工螺纹，由于工件将受力较大，避免出现“扎刀”现象，利用宏程序来控制每次分层切削的加工深度为0.1 mm，使用G92螺纹循环指令来进行圆弧螺纹的加工。设工件坐标系的原点在工件右端面与轴线的交点上，对刀时以圆弧螺纹车刀的圆弧顶点为基准。

3.编制加工宏程序如下：

O0001；

T0101； （选用1号刀具）

G00 X100 Z50； （刀具快速定位到起刀点）

M03 S300； （主轴正传，转速300r/min）

GOO X90 Z10； （刀具移动到螺纹切削循环的循环起点位置）

#1=0.1； （切削深度赋初值）

N10 G92 X[80-2*#1] Z-107 F10；

（G92循环加工螺纹）

#1=#1+0.1； （切削深度增加量）

IF[#1LE3]GOTO10； （条件判断）

GOO X100 Z50； （返回起刀点）

M05； （主轴停）

M30； （程序结束）

因为使用的是R3成型圆弧螺纹车刀，采用直进法，所以以上的宏程序较为简单，但加工出来的工件表面粗糙度不是很理想。所以笔者选用R1.5mm的圆弧车刀重新进行分析加工。

由于R1.5的圆弧车刀刚性较差，不能够一次性地加工出R3的圆弧牙型，笔者将圆弧螺纹牙型分为两部分加工，分别为A和B。A部分为粗加工，采用直进法先把A部分的余量去除，剩下B部分采取轮廓分层加工，以R1.5的圆作为刀具轨迹去除剩下的余量。

①切削A部分程序

二、凸圆弧螺纹

1.加工方法分析

如图8所示，凸圆弧螺纹的螺距是10 mm，牙顶是圆弧的形状。图形中的牙型是由R2、R1圆弧和直线组成，根据这些特征，笔者利用R1圆弧车刀，采取分层切削的方法。每一层都利用宏程序来进行螺纹的切削，保证了牙型角的精度，具体的加工示意图。

2.加工工艺

采用R1的圆弧车刀进行分层的加工，加工时间取决于每次的加工深度，在竞赛当中，加工时间用得越少对竞赛最有利。基于这一原则，笔者利用R1圆弧车刀的刀位点为圆心进行对牙型的尺寸分析，R4有两段圆弧的长度都为4 mm，高度为2 mm，直线的长度为2 mm。由于刀具的刀尖圆弧半径为R1，牙型角上的R1圆弧不需要编程，进行直线的轨迹就能够把牙型的特征加工出来。

三、圆弧面上的圆弧螺纹

1.加工方法分析

2.加工工艺分析

圆弧面上的圆弧螺纹，应采用相互变量为插补加工出合格的圆弧螺纹。加工此工件时，要分别求出螺纹起点和终点的坐标。已知圆弧面的半径是R182 mm，因此圆的方程为：Z2+X2=1822，圆弧螺纹的导程为10 mm，加工时延长加工起点一个螺距10 mm和加工螺纹终点延长6 mm。

3.成果展示

下图是笔者使用以上宏程序对其中的一种圆弧螺纹进行试件的切削，具有代表性。这个圆弧上的圆弧螺纹使用的是R1.5的圆弧车刀切削。

本文所编制的宏程序都是基于FANUC OI系统的数控车床，笔者运用了WHILE语句和IF语句，效果相当理想，程序编制合理，对研究数控车宏程序的读者有一定的指导作用。由于笔者是数控车竞赛的指导老师，指导学生进行数控宏程序的学习，有着丰富的经验，利用宏程序编制的技巧解决了很多异型螺纹的难加工的诸多问题。

参考文献：

[1]陈海舟.数控加工宏程序[M].北京：机械工业出版社，2006.

[2]杜军.轻松掌握FANUC宏程序：编程技巧与实例精解.北京：化学工业出版社，2011-01.

（作者单位 广东省佛山市郑敬诒职业技术学校）