變螺距螺紋加工的參數化編程

楊 豐

(長沙航空職業技術學院，湖南 長沙 410124)

當前，變螺距螺紋的應用日益廣泛。如絞肉機采用變螺距送料桿，前端是大螺距加快送料速度，從前端到后端螺距逐漸變小，后端是小螺距增大螺桿推力。塑料擠壓機采用變螺距螺桿，解決了熔體質量和擠出量是相矛盾的問題，使擠出機應用時送料的空間比較大，擠出口內部的空間比較小，這樣擠出的材料氣泡少，質量好。

目前變螺距螺紋的加工，主要是在數控機床上完成，文章主要研究在數控車床上加工變螺距螺紋。

1 螺紋車削加工的常用進刀方式

數控車削螺紋的進刀方式主要徑向進刀、斜向進刀兩大類，其中斜向進刀又分單側斜向進刀、改良的單側斜向進刀、雙側交互式進刀三種情況。具體應用時應根據螺紋的螺距、加工精度、工件材料、刀片型式、刀具材料等來選擇。

1.1 徑向進刀方式

徑向進刀方式(如圖1所示)是最常用的一種方式。多次進刀的方向一致，切削時刀具的兩條切削刃都參與切削。該種進刀方式，可以獲得比較正確的齒形，但由于刀片兩側刃同時切削，切削力較大，容易產生扎刀現象，且排屑困難，因此主要適用于加工螺距較小的螺紋。

1.2 斜向進刀方式

斜向進刀方式主要是單面切削，不容易產生扎刀現象，一般適用于加工螺距3mm以上的螺紋。

(1)單側斜向進刀方式

刀具以和徑向成30°的方向進刀切削(如圖2所示)，由于是單刃切削，切削力較小，易于排屑，且散熱較好。但加工時，刀片可能有拖曳或摩擦的現象而使刃口崩刃，另外切屑的單向排出，會破壞另一側牙面的表面質量。

(2)改良的單側斜向進刀方式

刀具以和徑向成27°～30°的方向進刀切削(如圖3所示)。刀刃兩面切削，形成卷狀屑，排屑流暢，散熱好，螺紋表面粗糙度值較低。一般來說，這是車削不銹鋼、合金鋼和碳素鋼的較好方法，大多數螺紋加工采用這種方法。

(3)雙側交互式進刀方式

左右交替進刀方式(如圖4所示)，由于刀片兩側刃平均使用，提高了刀片壽命。該種進刀主要用于加工螺距較大的螺紋。

2 變螺距螺紋才車削編程指令G34

指令格式:G34 X(U)_Z(W)_F_K_

式中:X、Z—絕對坐標，螺紋終點坐標值;

U、W—相對坐標，即螺紋切削終點相對起點的坐標分量;

F—長軸方向在起點處的導程;

K—主軸每轉導程的增加量或減少量。

加工圖5所示螺紋的程序如下(設槽深為1mm):

……

G00 X46.2 Z2 螺紋第1刀定位

G34 Z－80 F2 K1 加工變螺距螺紋第1刀，起點螺距為2mm，每個螺距遞增1mm

G00 X50 X向退刀

G00 Z2 Z向退刀

G00 X45.6 螺紋第2刀定位

G34 Z－80 F2 K1 加工變螺距螺紋第2刀，起點螺距為2mm，每個螺距遞增1mm

G00 X50 X向退刀

G00 Z2 Z向退刀

G00 X45.2 螺紋第3刀定位

G34 Z－80 F2 K1 加工變螺距螺紋第3刀，起點螺距為2mm，每個螺距遞增1mm

G00 X50 X向退刀

G00 Z2 Z向退刀

G00 X45 螺紋第4刀定位

G34 Z－80 F2 K1 加工變螺距螺紋第4刀，起點螺距為2mm，每個螺距遞增1mm

G00 X50 X向退刀

G00 Z2 Z向退刀

……

圖5 加工案例

說明:零件的第一個螺距為4，其基本螺距3;考慮到螺紋升降速影響，選擇螺紋切削起點距離坐標零點端面為2mm位置，則起點基本螺距為2mm。

3 變螺距螺紋加工的參數化編程

使用G34可以加工一些槽深較小的變螺距螺紋。但在加工槽深較大的變螺距螺紋時，刀尖容易出現崩刃現象。加工槽深較大的變螺距螺紋時，需要采用斜向進刀方式，但數控車床沒有提供這樣的指令，需要采用數控機床自帶高級編程語言—宏指令來編寫。

圖6 螺紋切削進刀

3 .1 螺紋車削進刀量計算(如圖6所示)

(1)X向進刀量計算

式中:d—X向第一次進刀量

n—走刀次數

(2)Z向進刀量計算

ΔZ= ΔX*tgα

式中:α—進刀角度。(α=0°:徑向進刀;α=30°:單側斜向進刀;α =27°～30°:改良的單側斜向進刀)

3 .2 參考程序

加工圖5所示零件(設槽深為2mm)，采用改良的單側斜向進刀方式，參考程序如下:

O0001

……

G65 P0002 A4 B1.2 C0.15 I0.1 J27 K47 D1.2 E1 F2 H4 Q50 R2 S－80 T1 調子程序

……

M30

O0002 子程序

#14=0

#22=［#18+［#17－#6+#1－#4］/2* TAN［#5］］螺紋加工第一刀循環起點Z坐標

G00 X［#17］Z［#22］快進至螺紋加工循環起點

WHILE［#11 GT#4］DO1 當X向加工余量小于等于精加工余量時，跳出循環執行N30程序段

G00 X［#6－2*#7］X 向進刀

G34 Z［#19］F#9 K#20 走刀一次

GOO X［#17］X 向退刀

G00 Z［#22－#14］Z向退刀

#8=#8+1 循環次數疊加一次

#7=#2*SQRT［#8］(n+1)次X向進刀量累加

#10=#2*SQRT［#8－1］n次X向進刀量累加

#12=#7－#10 (n+1)次X向進刀量ΔX

IF［#12 GE#3］GOTO 10 若 ΔX大于、等于△dmin則執行N10

#12=#3 否則令ΔX=△dmin

#7=#10+#12 計算下一次走刀后累計進刀量

N10 IF［#5 EQ 0］GOTO 20 若徑向進刀角度為0，執行N20程序段

#14=#12*TAN［#5］計算(n+1)次 Z向進刀量ΔZ

G00 W－［#14］Z向進刀

N20#11=#1－#7 計算X向加工余量

END1

N30 G00 X［#6－2*#1+2*#4］X 向進刀

G34 Z［#19］F#9 K#20 走刀一次，X向單邊留余量h

GOO X［#17］X 向退刀

G00 Z［#18］Z 向退刀

G00 X［#6－2*#1］X 向進刀

G34 Z［#19］F#9 K#20 精車一次

GOO X［#17］X 向退刀

G00 Z［#18］Z 向退刀

M99

該程序將螺紋加工公共參數作為變量，放在主程序中;將加工軌跡作為子程序，通過宏指令G65調用。G65程序段中相關參數解釋如下:

A4—#1=4(螺紋牙高，直徑量)

B1.2 —#2=1.2(X 向第一次進刀量 d，直徑量)

C0.15—#3=0.15(X 向最小進刀量△dmin，直徑量)

I0.1—#4=0.1(X向精加工余量h，直徑量)

J27—#5=27(徑向進刀角度)

K47—#6=47(螺紋大徑，直徑量)

D1.2—#7=1.2(X向累計進刀量，初值=X向第一次進刀量d)

E1—#8=1(累計走刀次數，初值=1)

F2—#9=2(長軸方向在起點處的導程)

H4—#11=4(X向加工余量，初值=螺紋牙高)

Q50—#17=50(螺紋加工循環起點X坐標)

R2—#18=2(螺紋加工最后一刀循環起點Z坐標)

S－80—#19=－80(螺紋車削循環終點Z坐標)

T1—#20=1(主軸每轉導程的增加量)

4 結束語

在綜述螺紋車削加工進刀方式的基礎上，探討了利用數控高級編程語言—宏指令編寫變螺距螺紋加工的參數化編程。實際應用時，通過實參描述賦值，就可以加工不同參數的可變螺距螺紋，提高了編程效率，同時解決了G34指令徑向進刀的弊端。

［1］彭效潤.數控車工(高級)［M］.北京:中國勞動社會保障出版社，2007，(9).

［2］孫德茂.數控機床車削加工直接編程技術［M］.北京:機械工業出版社，2000，(5).

［3］楊豐.數控加工工藝與編程［M］.北京:國防工業出版社，2011，(2).

［4］劉錦武.宏程序在異形螺紋車削中的應用［J］.現代制造技術與裝備，2012，(22).

［5］陳建軍.在數控車床上用宏程序加工梯形螺紋［J］.金屬加工，2013，(4).