宏程序在異形螺紋車削中的應(yīng)用案例

江蘇大學(xué)機電總廠 （鎮(zhèn)江 212013）袁 進 徐曉翔 沈春根

1.問題的提出

（1）螺紋車削常見循環(huán)指令簡介 螺紋車削是在車床上，通過控制進給運動與主軸旋轉(zhuǎn)運動形成一定的比例關(guān)系，加工特殊螺旋槽的過程。其中螺紋形狀主要是由車刀截面形狀和安裝位置決定的，螺距是由刀具的進給量大小決定的。

在目前的FANUC和廣州數(shù)控系統(tǒng)的車床上加工螺紋一般提供3種方法：G32為直進式切削方法、G92為直進式固定循環(huán)切削方式和G76為斜進式復(fù)合固定循環(huán)切削方式。直進式特點是工藝簡單、編程方便，但造成兩條切削刃同時承受切削力，切削刃容易磨損，也極易產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象，因此一般用于車削螺距較小（P≤2mm）的螺紋；斜進式特點是進刀路徑沿著同一個方向斜向進給，理論上車刀屬于單面切削，不易產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象。這兩種車削螺紋的方法是數(shù)控車床上經(jīng)常使用的螺紋加工方法，但是在加工大螺距、特殊牙型的螺紋時，會出現(xiàn)不同程度的振動現(xiàn)象，即螺距越大，加工深度越深，加工時刀刃部位所受到切削力越大。

（2）螺紋車削常見循環(huán)指令加工路徑比較 直進式螺紋切削指令G92的走刀路徑方式如圖1所示；斜進式螺紋切削指令G76的走刀路徑方式如圖2所示。

除了上述兩種常見螺紋切削走刀方式外，還可以采用左右切削進刀法，該方式很適合加工大螺距、多頭螺紋等零件的粗加工，這種進刀方式如圖3所示，其切削順序依次為1→2→3→4→5→6→7→8→9→10→11→12，每層背吃刀量還可以進行遞減控制。采用這樣的加工方式，可以大大改善刀刃的受力狀況，當然最后精加工時需要對牙型兩側(cè)和底面進行修光加工。

圖1 G92指令走刀方式

圖2 G76指令走刀方式

圖3 左右進刀方式和順序

顯然，在現(xiàn)有螺紋車削指令和提供的刀具路徑的基礎(chǔ)上，利用宏程序強大的變量設(shè)置、邏輯判斷和程序控制功能，可以更加方便地去控制復(fù)雜螺紋，包括異形螺紋、圓弧螺紋和變距變深螺紋車削加工時的牙型尺寸參數(shù)、走刀路徑和走刀順序。

2.應(yīng)用研究案例

（1）異形螺紋工藝及其切削用量的選擇 如圖4所示工件的中間段為異形螺紋，螺紋的螺距為10 mm，單側(cè)牙深為2.5mm，牙側(cè)角30°，牙槽底寬度為3.2mm，螺紋軸向長度為89mm，兩側(cè)φ10mm長度均為20mm，工件材料為45鋼，用宏程序編制車削該異形螺紋。

圖4 異形螺紋主要尺寸及其三維造型

其工藝分析和加工路線如下安排：①準備毛坯尺寸為φ25mm×129mm，其中φ25mm外圓和臺階端面已經(jīng)完成加工。②裝夾方式：普通自定心卡盤，采用的一頂一夾的方式；刀具：車削端面和外圓采用90°外圓車刀；車削螺紋采用方牙螺紋刀（為1號刀），刀寬等于或者小于螺紋底徑的槽寬，取2mm，手工刃磨刀具，刀片材料為硬質(zhì)合金；量具：規(guī)格為0～150mm的游標卡尺和規(guī)格為25～50mm的千分尺。③確定切削用量：車削矩形（即方牙）螺紋采用等深度切削，每次背吃刀量為0.1mm（半徑值）；車削右邊斜面，設(shè)X向為自變量，Z向為應(yīng)變量（由三角函數(shù)公式計算得出），采用等深度趕刀逼近螺紋形狀。④制定附表所示的車削工序卡。

數(shù)控車削異形螺紋的工序卡

（2）異形螺紋編程思路和刀路設(shè)計方法 ①本實例車削異形螺紋可以分為兩步：第一步預(yù)先車削成方牙螺紋（假設(shè)刀寬為2mm）；第二步利用方牙螺紋刀車削右面牙型斜面。②本實例車削異形螺紋與車削普通大螺距螺紋、梯形螺紋一樣，依靠左右趕刀方法來加工牙型，而本實例中車削異形螺紋不使用成形刀時，只能通過單面趕刀來加工異形螺紋的牙型輪廓，車削其牙型的趕刀刀路如圖5所示。

圖5 異形螺紋加工刀路示意 （前置刀架）

3.結(jié)語

（1）本實例為異形螺紋的車削，由于形狀比較特殊，常見方法是采用成形刀具來加工。如果采用常規(guī)刀具加工需要結(jié)合宏程序，才能達到較好的加工效果，特別是針對異形螺紋的牙型基本尺寸有所變化的場合。

（2）本實例中提供的思路有一定的改進空間，因為方牙螺紋在實際加工中屬于難加工的一種，要求機床操作者具有較高的實際加工經(jīng)驗和操作技能，而本實例提供的宏程序思路拓展了該類螺紋的加工方法。

（3）本實例采用宏程序車削異形螺紋的編程思路和刀路設(shè)計方法，同樣適合于梯形螺紋、圓弧形螺紋和變距變深螺紋的數(shù)控車削加工。