多線梯形螺紋軸的數(shù)控加工技術(shù)

謝洪，劉振超

（柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州 545007）

0 引言

梯形螺紋的牙型角為30°且對(duì)稱，因其齒型強(qiáng)度高，一般用于需要較大傳動(dòng)力的各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，例如起重機(jī)械、壓力機(jī)械等。多線梯形螺紋能提高傳動(dòng)效率，但加工難度相對(duì)較大。目前，多線梯形螺紋的加工大多還是采用普通機(jī)床加工，但其加工過(guò)程比較繁瑣，加工效率低；且螺紋在分線過(guò)程中容易出現(xiàn)誤差，加工精度較低，從而影響螺紋的工作性能，降低其使用壽命。而利用宏編程技術(shù)在數(shù)控車床上加工多線梯形螺紋，不但效率高，而且精度高。

1 多線螺紋的分線原理

在普通車床上加工多線螺紋，其分線方法通常有軸向分線法和圓周分線法。軸向分線法是指當(dāng)加工完第一條螺旋線后，絲杠螺母保持接通，將刀架沿軸向前移或后移1 個(gè)螺距，然后加工第二、第三條螺旋線。圓周分線法是根據(jù)螺旋線在圓周上等距分布的特點(diǎn)，即一條螺旋線車完后，脫開(kāi)工件與絲杠之間的傳動(dòng)鏈，使主軸旋轉(zhuǎn)角α（α=360°/線數(shù)），然后再聯(lián)接工件與絲杠之間的傳動(dòng)鏈，進(jìn)行下一條螺旋線的車削。

在數(shù)控車床上車削多線螺紋，其分線原理與普通車床加工的分線原理相同，在編制其數(shù)控加工程序時(shí)，如果采用軸向分線法，則只要改變螺紋軸向切削起點(diǎn)即可，前后兩條不同的螺旋線的切削起點(diǎn)相差1 個(gè)螺距P，如圖1所示。如果采用圓周分線法，則只要改變螺紋切削起始角度即可，即主軸旋轉(zhuǎn)一定角度，而起刀點(diǎn)軸向位置不變，接著進(jìn)行下一螺紋線的加工，前后不同的兩條螺旋線的切削起始角度差為α=360°/螺紋線數(shù)。

2 梯形螺紋的加工方法

2.1 切削方法

圖1 軸向分線法

由于梯形螺紋的牙型比三角形螺紋大，切削量也多，粗車中容易出現(xiàn)扎刀現(xiàn)象。根據(jù)梯形螺紋的基本牙型，可采用直線進(jìn)刀分層切削法，即將加工余量分為n 層，先將第一層的余量全部去除后，再用相同方法去除第二層余量，如此由外至內(nèi)逐層去除余量。為保證加工質(zhì)量，由外至內(nèi)逐層切削時(shí)，切削進(jìn)深也應(yīng)逐步減少。由于梯形螺紋螺距大，加工完第一刀后，要向左或向右趕刀，才能把一層的余量切削完畢，如圖2 所示。

2.2 軸向讓刀量的計(jì)算

如果采用直進(jìn)切削法分層切削，當(dāng)上一層切削完畢進(jìn)入下一層切削時(shí)，則刀具可能會(huì)直接切削到牙型輪廓，造成工件報(bào)廢。因此，在進(jìn)層切削時(shí)刀具必須在軸向有一定的讓刀量，這是分層切削法的關(guān)鍵所在。如圖3所示，從第一層進(jìn)刀至第二層時(shí)，軸向左右讓刀量為：ΔZ=每層切深×tanα，α為牙型半角。

由于梯形螺紋溝槽較深，一般要分很多層才能切削完畢，為保證牙型表面質(zhì)量，每層切深應(yīng)逐漸減小。

3 螺紋編程指令

在FANUC 系統(tǒng)中，螺紋編程指令有G32、G92、G76。其中G32 為單一螺紋切削指令，1 個(gè)指令只能完成1 個(gè)動(dòng)作，編程任務(wù)量大，容易出錯(cuò)；G92 是螺紋切削循環(huán)指令，每一個(gè)指令可以完成1 個(gè)切削循環(huán)4 個(gè)動(dòng)作，使程序段大為簡(jiǎn)化，且其進(jìn)刀方式為直進(jìn)法；而G76 指令為螺紋切削復(fù)合循環(huán)指令，可以將工件從坯料到成品螺紋一次性加工完成，但其指令的進(jìn)刀方式為斜進(jìn)法。如果螺紋加工采用的是直進(jìn)法，編程通常使用G32 指令或G92 指令。

圖2 分層切削進(jìn)刀路線

圖3 分層進(jìn)刀時(shí)左右讓刀量

3.1 圓周分線法的編程指令

（1）應(yīng)用G32 指令加工多線螺紋

指令格式：G32X（U）__Z（W）__F__Q__；式中：X、Z 為絕對(duì)尺寸編程時(shí)螺紋的終點(diǎn)坐標(biāo)；U、W為增量尺寸編程時(shí)螺紋的終點(diǎn)坐標(biāo)；F為螺紋導(dǎo)程（若為單線螺紋，則為螺紋的螺距）；Q 為螺紋起始角，該值為不帶小數(shù)點(diǎn)的非模態(tài)值，即增量為0.001 0；

如起始角為180°，則表示為Q180000（單線螺紋可以不用指定，此時(shí)該值為零）；起始角Q 的范圍為0～360000 之間，如果指定了大于360000 的值，則按360000（360°）計(jì)算。

（2）應(yīng)用G92 指令加工多線螺紋

指令格式：G92X（U）__Z（W）__F__Q__；（式中各參數(shù)含義與G32 相同）

3.2 軸向分線法的編程指令

軸向分線法通常用G92 指令編程，其指令格式：

G0X -Z-；（循環(huán)起點(diǎn)定位）

G92X（U）__Z（W）__F__；（螺紋切削，其參數(shù)含義與G32 相同）

4 宏編程實(shí)例

如圖4 所示雙線梯形螺紋軸，其螺紋大徑為φ36 mm，導(dǎo)程為12 mm。現(xiàn)用FANUC 系統(tǒng)G92 指令編程，采用軸向分線法。

圖4 梯形螺紋軸

由圖上尺寸可知，螺距P=6 mm，則根據(jù)計(jì)算公式，牙頂槽寬f=0.634P=3.804 mm。

螺紋加工部分宏程序如下：

5 結(jié)語(yǔ)

只要編程人員對(duì)加工工藝和編程指令能夠正確理解，并能熟練地運(yùn)用宏編程技術(shù)的多重循環(huán)控制等多種功能，編制宏程序來(lái)加工多線梯形螺紋，就能大大提高加工的效率和加工質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益。

［1］劉虹.數(shù)控車削加工梯形螺紋的方法［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2011，33（3）：31-39.

［2］劉振超.大模數(shù)阿基米德雙導(dǎo)程蝸桿的數(shù)控加工［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2012（12）：176-178.

［3］楊煦.宏程序拓展螺紋加工的研究［J］.機(jī)械研究與應(yīng)用，2009（6）：68-70.