曲面異形螺紋加工實例詳解

孫元平

(江蘇省興化中等專業學校，江蘇 泰州 225700)

曲面異形螺紋加工實例詳解

孫元平

(江蘇省興化中等專業學校，江蘇 泰州 225700)

異形螺紋加工是數控車技能大賽中的難點，現針對一則典型的含異形螺紋結構的工件作出分析，詳細地論證了在曲面上加工異形螺紋的方法。

異形螺紋；加工；圓弧；插補擬合點

0 引言

近年來，數控車削技能大賽中，經常出現異形螺紋加工的題型，而這類結構加工編程時既不能直接使用螺紋循環指令，也不方便使用CAM軟件自動生成G代碼，下面就一種圓弧輪廓上加工圓弧螺紋的異形螺紋實例進行編程加工分析。

如圖1所示，異形螺紋分布在半徑43.5 mm的凹圓弧輪廓面上，并且螺紋牙型形狀是直徑4.5 mm的凹圓弧，導程為5 mm，單線螺紋，牙型深度為1 mm，螺紋長度為30 mm。對于這種螺紋的加工方法，筆者試做如下探討。

圖1 零件圖

1 編程思路

大圓弧面上的小圓弧螺紋，刀具既要按R43.5 mm大圓弧的軌跡車螺紋，又要在大圓弧面上按φ4.5 mm的小圓弧運動。由于數控加工中所有曲線軌跡都是由直線擬合而成，所以我們要找出每個點的變化規律，也就是既要找出φ4.5 mm小圓弧圓心與R43.5 mm大圓弧的位置關系，又要找出φ4.5 mm小圓弧上某點與大圓弧的關系，并列出關系式，這里可以利用WHILE循環嵌套的方法解決問題，第一層運算出刀具按小圓弧運動時的位置變化量，第二層計算出刀具按大圓弧運動時的坐標位置，再對第一層的位置變化量進行疊加，就得出各擬合點的坐標，然后在該層中代入螺紋插補指令即可。

2 φ4.5 mm小圓弧上插補擬合點相對R42.25 mm圓弧位置關系

把小圓想象為一把成型刀，小圓成型刀“加工”螺紋槽時，其圓心的路徑是一個比大圓弧略小的大圓弧。根據小圓弧直徑φ=4.5 mm(半徑2.25 mm)，槽深1 mm可得，小圓的圓心比大圓弧“近”1.25 mm，即小圓圓心在半徑42.25 mm的圓弧上，如圖2所示。

圖2 R43.5 mm圓弧放大圖

由此，根據圓的參數方程X=2rsinθ，Z=rcosθ可知，小圓弧上插補擬合點相對于R42.25 mm(注意：編程時就以R42.25 mm大圓弧編程，原來的R43.5 mm大圓弧不再使用)大圓弧的位置增量為ΔX=4.5sinθ，ΔZ=2.25cosθ。如圖2所示，設起刀點處φ4.5 mm小圓圓心向右端面偏移3 mm，則小圓圓心在大圓弧坐標系中Z=18 mm，畫Z=18 mm的垂線與大圓弧相交，交點即為起刀點小圓圓心，軟件查詢可求行此圓圓心標坐為(43.552，-30)。

3 φ4.5 mm小圓弧起始角與終止角的確定

當小圓弧圓心按大楕圓軌跡運動時，小圓與原大圓弧相交，如圖2所示，將交點與其圓心相連，該連線與水平線(Z軸)的夾角即為起始角θ1和終止角θ2，因為分別在第4象限和第3象限，所以均為負值或取正值大于180°。根據圖2，小圓在X軸左、右兩邊時，起始角與終止角的大小是不同的。分析可知，起始角應以圖2右側小圓為準，終止角應以圖2左側小圓為準，這樣才能在加工時覆蓋所有的起始與終止段。繪圖，用軟件測量并取整后角度范圍是：-7°～-173°(或者353°～187°)。

4 參考程序(用35°外圓尖刀，磨耗補償法切出牙深)

%1

M3S600T0101G95

G64G0X45Z-28

#1=-7 小圓弧圓心起始角

WHILE #1GE[-173]

#2=2.25*SIN[#1*PI/180] 插補擬合點相對R42.25 mm圓弧X向增量值

#3=2.25*COS[#1*PI/180] 插補擬合點相對R42.25 mm圓弧增量值

G0X[43.552+2*#2]Z[-30+#3] 螺紋插補起刀點

#4=18WHILE#4GE[-18]

#5=-SQRT[42.25*42.25-#4*#4]

#6=2*[#5+60+#2]

G32X[#6]Z[#4+#3-48]F6 螺紋插補擬合

#4=#4-6

ENDW

G0X45

Z-28

#1=#1-3

ENDW

G0X100

Z100

M30

異型螺紋的種類還有很多，加工方法亦有很多，比如該題選用成型刀加工，則可大大降低編程的難度，但不具備通用性，如果選用半徑小于2.25 mm圓弧刀加工，則編程時又要重新考慮加工的刀具軌跡，但螺紋加工面的表面質量將大幅提高，大家可以根據實際情況選擇相應的方法。

5 結語

綜上所述，曲面上異形螺紋加工的編程有一定難度，產品本身沒有什么實際應用價值，但對學生宏程序的編寫有著很好的鍛煉價值，大多數學生不具備理解接受的能力，在實訓教學中，教師應根據學生的學習能力分層教學。

[1]朱建中.應用宏程序加工異形螺紋[J].廣西輕工業，2011(1)

[2]蔣子健.異形螺紋的加工方法[J].裝備制造技術，2011(2)

[3]徐冰川.淺談異形螺紋的編程與加工[J].科技信息，2012(24)

2014-11-03

孫元平(1978—)，男，江蘇興化人，中學一級，長期從事數控實踐性教學研究工作。