運(yùn)用G82的P指令字加工梯形螺紋

□ 趙軍強(qiáng)

浙江科技工程學(xué)校 浙江嘉興 314000

梯形螺紋一般作傳動(dòng)用，用以準(zhǔn)確傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，精度要求比較高，其應(yīng)用比較廣泛，例如普通車床上的絲杠和中、小滑板的絲桿等。梯形螺紋不僅可以在普通車床上加工，也可以在數(shù)控車床上加工，并且在數(shù)控車床上應(yīng)用G32、G82、G76和宏程序等指令能高效、高精度地加工出梯形螺紋，但也存在參數(shù)較多、計(jì)算復(fù)雜、程序較長、容易出錯(cuò)等不足之處，因此在工作中嘗試運(yùn)用華中世紀(jì)星系統(tǒng)G82指令的主軸轉(zhuǎn)角指令字P在數(shù)控車床上用左右分層切削法加工梯形螺紋。

1 車削梯形螺紋的左右分層切削法

1.1 梯形螺紋的加工方法

梯形螺紋的加工方法有很多種，如直進(jìn)法、斜進(jìn)法、左右切削法、車直槽法等。梯形螺紋與三角螺紋相比，其螺距和牙型都大，而且精度高，牙型兩側(cè)面表面粗糙度值較小，因此梯形螺紋車削時(shí)具有吃刀深、走刀快、切削余量大、切削抗力大等特性。一般數(shù)控車床車削螺紋常用的方法是直進(jìn)法、左右切削法和斜進(jìn)法3種，直進(jìn)法適用于車削螺距比較小的三角形螺紋；斜進(jìn)法適用于車削螺距比較大的三角形螺紋或螺距比較小的梯形螺紋；左右切削法適用于車削螺距比較大的梯形螺紋。

1.2 左右分層切削法

在用左右切削法加工梯形螺紋時(shí)，為降低對數(shù)控車床剛性的要求和梯形螺紋的車削加工難度，避免“扎刀”和“爆刀”現(xiàn)象，保證螺紋精度要求，對螺距較大的梯形螺紋的車削加工往往采用左右分層切削法，也就是把梯形槽分成若干層，每層深度根據(jù)螺紋的尺寸大小和工步來確定，而每一層的切削都采用左右交替車削的方法，如圖1所示。

▲圖1 左右分層切削法

2 直螺紋車削循環(huán)G82指令簡介

2.1 直螺紋切削循環(huán)指令格式

G82 X(U)Z(W) R E CP F ;

2.2 指令說明

如圖2所示，各字母代表意義如下。

X、Z： 絕對值編程時(shí)，為螺紋終點(diǎn)C點(diǎn)在工件坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；增量值編程時(shí)，為螺紋終點(diǎn)C相對于循環(huán)起點(diǎn)A的有向距離，圖中用u、w表示，其符號由軌跡1和2的方向確定。

R、E：螺紋切削的退尾量，R、E均為向量，R為Z向回退量，E為X向回退量，R、E可以省略，表示不用回退功能。

C：螺紋頭數(shù)，為0或1時(shí)切削單頭螺紋。

P：單頭螺紋切削時(shí)，為主軸基準(zhǔn)脈沖處距離切削起始點(diǎn)的主軸轉(zhuǎn)角（缺省值為0）；多頭螺紋切削時(shí)，為相鄰螺紋頭的切削起始點(diǎn)之間對應(yīng)的主軸轉(zhuǎn)角。

F：螺紋導(dǎo)程。

▲圖2 直螺紋切削循環(huán)

3 左右分層切削法

3.1 梯形螺紋刀刀頭寬度的確定

在采用左右分層切削法車削螺距較大的梯形螺紋時(shí),為保證螺紋精度要求，避免車削過程中梯形螺紋刀3個(gè)刀刃同時(shí)切削，產(chǎn)生“扎刀”和“爆刀”現(xiàn)象，梯形螺紋刀刀頭寬度要小于螺紋牙底槽寬。參考普通車床梯形螺紋刀的粗車刀刀頭寬度為1/3螺距寬，精車刀的刀頭寬度應(yīng)等于牙槽底寬減0.05 mm的刀頭寬度要求，結(jié)合左右分層切削法和刀具強(qiáng)度等因素，確定數(shù)控車床梯形螺紋刀刀頭寬度約為2/3牙槽底寬。

3.2 梯形螺紋刀在梯形槽中軸向可移動(dòng)量a的計(jì)算

首先通過對梯形螺紋車刀刀頭寬度的測量，獲得刀頭寬度的實(shí)際值L，其次根據(jù)梯形螺紋尺寸公式計(jì)算，獲得梯形螺紋的槽底寬度值w，再通過計(jì)算式：

計(jì)算得到刀頭寬和槽底寬之差值，即梯形螺紋刀在梯形槽中軸向可移動(dòng)量a。

3.3 梯形螺紋刀在梯形槽中徑向移動(dòng)量b的計(jì)算

由于梯形螺紋刀刀頭寬度小于螺紋梯形槽底寬度，使梯形螺紋刀在梯形槽中有一定的軸向移動(dòng)量。假定車刀不作軸向移動(dòng)，主軸（工件）相對刀具轉(zhuǎn)過一定的角度，使梯形螺紋刀相對梯形槽位置從1位置運(yùn)動(dòng)到2位置，則刀具在梯形槽中徑向就y有一個(gè)移動(dòng)量，相當(dāng)于梯形螺紋刀從梯形槽中的左極限位置移動(dòng)到右極限位置，如圖3所示，圖中以大徑處刀具切削刃上一點(diǎn)為例，圖中：1為刀具初始位置，2為主軸轉(zhuǎn)動(dòng)后刀具位置，a為車刀軸向可移動(dòng)量，b為車刀該點(diǎn)徑向可移動(dòng)量，β為螺紋大徑的螺旋升角。對圖3分析可知，刀具切削刃上的點(diǎn)在梯形槽中徑向移動(dòng)量b、軸向移動(dòng)量a和該點(diǎn)處的螺紋螺旋升角β之間構(gòu)成一個(gè)直角三角形，根據(jù)勾股定理，可以通過計(jì)算式：b=a/tanβ （2）分別求得梯形螺紋刀切削刃上某點(diǎn)的徑向移動(dòng)量。

▲圖3 梯形螺紋車刀在梯形槽中的位置

3.4 主軸轉(zhuǎn)角α的計(jì)算

主軸（工件）就轉(zhuǎn)過的角度α對應(yīng)的刀具在梯形槽中有徑向移動(dòng)量b，如圖4所示。根據(jù)圓的弦長計(jì)算公式，列出主軸轉(zhuǎn)角計(jì)算式：

式中：α為圓心角 (主軸轉(zhuǎn)角）；b為梯形螺紋刀在梯形槽小徑向移動(dòng)量；r為梯形螺紋小徑的半徑值。

根據(jù)上述分析，已知梯形螺紋刀在梯形槽中軸向可移動(dòng)量a、螺紋小徑值d3和及其對應(yīng)的螺旋升角β，代入式（3）得：

▲圖4 主軸轉(zhuǎn)角α的計(jì)算

即可求得刀頭寬度為a的梯形螺紋刀在加工時(shí)主軸轉(zhuǎn)角的度數(shù)α。此外，用大徑值或中徑值及其對應(yīng)的螺旋升角β代入計(jì)算式，也能求得主軸轉(zhuǎn)角α。

3.5 左右分層切削法加工梯形螺紋中主軸轉(zhuǎn)角指令字P的應(yīng)用

在應(yīng)用左右分層切削法加工梯形螺紋中，在每一層切削中先用0°轉(zhuǎn)角編程車削一刀（加工梯形槽的左側(cè)），再用主軸轉(zhuǎn)角值α編程車削一刀（加工梯形槽的右側(cè)），也可以根據(jù)螺紋的尺寸大小和需要在兩刀之間用主軸轉(zhuǎn)角的一半值編程車削一刀 （加工梯形槽的中間）。此外如考慮梯形螺紋的精加工，可以考慮主軸轉(zhuǎn)角在左右分層切削時(shí)角度對稱分布，兩側(cè)留精加工所需的轉(zhuǎn)角度數(shù)。

▲圖5 梯形螺紋

4 加工梯形螺紋編程實(shí)例

如圖5所示梯形螺紋，用一把螺紋刀粗、精加工，零件材料為鋁，運(yùn)用G82指令編程。

4.1 梯形螺紋部分尺寸計(jì)算及其公差的確定

大徑：d=360-0.375mm；

中徑：d2=d-0.5p=36-3=33 mm，查表確定公差，得d2=33-0.118-0.453mm；

牙高：h2=0.5p+ac=3.5 mm；

小徑：d3=d-2h3=29 mm，查表確定公差mm；

牙底寬：w=0.366p-0.536ac=2.196-0.268=1.928 mm。

其中：p為螺距，ac為牙頂間隙。

4.2 計(jì)算主軸轉(zhuǎn)角

根據(jù)梯形螺紋螺距和牙底寬尺寸刃磨或選擇梯形螺紋刀，實(shí)測梯形螺紋刀刀頭寬度L為1.428 mm。

梯形螺紋刀在梯形槽中軸向可移動(dòng)量為a=w-L=1.928-1.428=0.5 mm；螺紋中徑的螺旋升角為β=arctan（p/πd2）=arctan（6/103.62）=3.314°；主軸轉(zhuǎn)角計(jì)算式為30.338 °。

4.3 編寫梯形螺紋加工程序

O0001

%0001

G95M43

M03S300

T0101

G00X35Z6

G82X33Z-42P2F6 //第一層左側(cè)粗加工，留2°精加工

G82X33Z-42P28.338F6 //第一層右側(cè)粗加工，留2°精加工

G82X31.5Z-42P2F6 //第二層左側(cè)粗加工，留2°精加工

G82X31.5Z-42P28.338F6//第二層右側(cè)粗加工，留2°精加工

G82X30Z-42P2F6 //第三層左側(cè)粗加工，留2°精加工

G82X30Z-42P28.338F6 //第三層右側(cè)粗加工，留2°精加工

G82X29.5Z-42P2F6 //第四層左側(cè)粗加工，留2°精加工

G82X29.5Z-42P28.338F6 //第四層右側(cè)粗加工，留2°精加工

G82X29Z-42P2F6 //第五層左側(cè)粗加工，留2°精加工

G82X29Z-42P28.338F6 //第五層左側(cè)粗加工，留2°精加工

G82X29Z-42P0.5F6 //左側(cè)精加工，留 0.5°修整

G82X29Z-42P29.838F6 //右側(cè)精加工，留 0.5°修整

G82X29Z-42F6 //修整左側(cè)

G82X29Z-42P30.338F6 //修整右側(cè)

G00X100Z100

M30

5 結(jié)束語

運(yùn)用華中世紀(jì)星系統(tǒng)中G82指令的主軸轉(zhuǎn)角指令字P加工梯形螺紋的思路是將刀具相對主軸的軸向移動(dòng)轉(zhuǎn)化為主軸相對刀具的轉(zhuǎn)動(dòng)，充分發(fā)揮系統(tǒng)指令功能，為梯形螺紋的編程加工提供一種新方法。在實(shí)際生產(chǎn)加工中，根據(jù)零件和刀具的情況，合理確定左右切削分層法的分層數(shù)、刀頭刀寬值和粗精加工主軸轉(zhuǎn)角值的分配，與其它梯形螺紋加工方法配合使用，可以更有效提高生產(chǎn)效率和零件精度。

［1］ 華中數(shù)控.世紀(jì)星車削數(shù)控裝置編程說明書［Z］.

［2］ 耿國卿.數(shù)控車床上梯形螺紋的宏程序編程與加工［J］.機(jī)械工程師， 2011（4）.

［3］ 楚建華.淺談梯形螺紋加工的三個(gè)重要環(huán)節(jié)［J］.科技向?qū)?2012（5）.