水系統(tǒng)45°鋸齒形螺紋數(shù)控車削加工與編程的應(yīng)用研究

（天津中德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300350）

水系統(tǒng)45°鋸齒形螺紋主要實(shí)現(xiàn)壓力機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)與定位[1]，精度要求較高，兩側(cè)牙形角為0°和45°，牙形比較特殊，并且螺距較大，在數(shù)控車削加工過(guò)程中工藝相對(duì)復(fù)雜，加工難度較大，傳統(tǒng)的螺紋加工方法及數(shù)控編程手段，往往不能很好地完成其數(shù)控車削加工。

1 常規(guī)加工方法與編程手段的不適應(yīng)性

1.1 加工方法的不適應(yīng)

由于傳統(tǒng)的直進(jìn)法和斜進(jìn)法螺紋加工，屬于多刀面吃刀加工，隨著加工深度的增加，切削力逐漸增大，小螺距螺紋由于加工深度不是很深，刀具強(qiáng)度還可承受，但水系統(tǒng)鋸齒形螺紋的螺距通常為6 mm以上，且齒形數(shù)據(jù)較大，加工深度較深，當(dāng)加工至一定深度后，將產(chǎn)生很大的切削力，極易發(fā)生扎刀、斷刀等現(xiàn)象[2]。

1.2 成型刀具的不適應(yīng)

目前，大部分螺紋的加工均采用成型刀具完成，而成型刀具不僅強(qiáng)度較低，而且在使用過(guò)程中若出現(xiàn)局部磨損，將使刀具的加工角度發(fā)生改變，對(duì)水系統(tǒng)鋸齒螺紋而言，容易影響水系統(tǒng)鋸齒形螺紋實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)與定位的0°/45°牙側(cè)角精度；同時(shí)，成型刀具的通用性較差，不能很好地適應(yīng)多種規(guī)格鋸齒形螺紋的加工。

1.3 編程指令的不適應(yīng)

G92、G76等常規(guī)的螺紋加工指令，可以說(shuō)為3mm以下的小螺距螺紋加工提供了有效的加工方案和編程手段。但這些指令只能實(shí)現(xiàn)不適應(yīng)于水系統(tǒng)鋸齒形螺紋加工的直進(jìn)法或斜進(jìn)法加工，所以常規(guī)的編程手段不能很好的適用于鋸齒形螺紋加工的程序編制。

2 水系統(tǒng)鋸齒形螺紋的的分層移刀車削

分層移刀車削（如圖1所示），主要通過(guò)合理地設(shè)置切削層深度和移刀步距，通過(guò)進(jìn)刀深度與每刀加工循環(huán)起點(diǎn)的規(guī)律變化配合實(shí)現(xiàn)水系統(tǒng)鋸齒形螺紋的分層車削。一層一層地螺紋加工過(guò)程，不僅降低并均衡了切削力，同時(shí)很大程度上保護(hù)了刀具，避免了扎刀、斷刀等現(xiàn)象。

2.1 走刀路線設(shè)計(jì)

分層移刀車削加工前先設(shè)置合理的切削層深度ap和移刀步距l(xiāng)p，為了提高效率，在滿足加工要求的前提下，可設(shè)置盡可能大層深和步距，一般鋸齒形螺紋加工可設(shè)置ap=0.5~1mm，lp=0.4~0.8 mm；走刀路線按以下步驟設(shè)計(jì)：

（1）設(shè)置螺紋加工初始循環(huán)起點(diǎn)，刀具定位至該點(diǎn)；

（2）依據(jù)ap及45°牙形角度計(jì)算第一層的進(jìn)刀深度位置，確定第一層的加工起點(diǎn)，刀具定位，進(jìn)刀完成第一層第一刀切削，切削后刀具返回第一層第一刀循環(huán)起點(diǎn)；

（3）根據(jù)移刀步距l(xiāng)p刀具在第一層第一刀循環(huán)起點(diǎn)位置，軸向移動(dòng)一個(gè)lp的距離，到達(dá)第一層第二刀的循環(huán)起點(diǎn)，進(jìn)刀深度位置不變，完成第一層的第二刀切削，切削后刀具返回第一層第二刀循環(huán)起點(diǎn)；

（4）重復(fù)第三步至第一層加工結(jié)束，刀具返回第一層第n刀循環(huán)起點(diǎn)；

（5）依據(jù)ap及45°牙形角度在第一層起點(diǎn)位置的基礎(chǔ)上計(jì)算第二層進(jìn)刀深度位置，確定第二層的加工起點(diǎn)，刀具定位值第二層第一刀循環(huán)起點(diǎn)，進(jìn)刀切削完成第二層的第一刀切削，切削后刀具返回第二層第一刀循環(huán)起點(diǎn)；

（6）重復(fù)第三步至第二層加工結(jié)束，刀具返回第二層第n刀循環(huán)起點(diǎn)；

（7）重復(fù)第五、第六步至第n層加工結(jié)束，刀具返回第n層第n刀循環(huán)起點(diǎn)。

分層車削結(jié)束后，采用起點(diǎn)輪廓移動(dòng)車削的方法，通過(guò)刀具的進(jìn)刀深度與加工循環(huán)起點(diǎn)的配合變化形成一個(gè)沿著螺紋牙形輪廓進(jìn)行進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，在去除分層粗加工牙形表面所形成階梯殘料的同時(shí)，完成鋸齒形螺紋的連續(xù)牙形輪廓精加工。

2.2 刀具選擇

分層移刀車削選擇主偏角為95°，刀尖角為35°，刀尖圓弧為0.2 mm的外圓仿形車削刀具進(jìn)行螺紋的分層粗、精加工。由于刀具角度小于鋸齒形螺紋的牙形角，所以加工時(shí)可避免加工干涉的情況出現(xiàn)；并且，該類刀具為通用刀具，較為常用，耐用度也相對(duì)成型刀具有很大的提高，不僅便于選擇，同時(shí)降低了螺紋的加工難度和加工成本。

3 水系統(tǒng)鋸齒形螺紋數(shù)控車削參數(shù)化宏程序的編制

使用宏程序功能指令采用變量設(shè)定、循環(huán)嵌套等功能可方便實(shí)現(xiàn)鋸齒形螺紋分層車削程序的編制。同時(shí)，變量的參數(shù)設(shè)置還可實(shí)現(xiàn)程序的通用性，即當(dāng)鋸齒形螺紋的螺距及相應(yīng)規(guī)格尺寸發(fā)生改變時(shí)，只要輸入新的參數(shù)變量值即可，提高了加工程序以及加工方法的通用性與繼承性。

本文根據(jù)JB/T 2001.73－1999標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的水系統(tǒng)鋸齒形螺紋的形狀、尺寸參數(shù)以及分層移刀車削循環(huán)的需要，利用FANUC Oi系統(tǒng)的B類宏程序功能指令，采用嵌套循環(huán)的方式完成水系統(tǒng)鋸齒形螺紋數(shù)控車削宏程序編制。如下表1所示：

表1水系統(tǒng)45°鋸齒形螺紋通用參數(shù)化宏程序

螺紋齒形的精加工宏指令編程比較容易實(shí)現(xiàn)，本文在此就不再贅述。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)實(shí)際的加工驗(yàn)證，本文所研究的鋸齒形螺紋加工方法及開(kāi)發(fā)的參數(shù)化宏程序能滿足水系統(tǒng)45°鋸齒形螺紋的加工需要。同時(shí)在此基礎(chǔ)上，還可方便實(shí)現(xiàn) 0°/30°、7°/45°等其它規(guī)格鋸齒形螺紋與特殊牙形螺紋的編程與加工，尤其是在大螺距螺紋的加工上，優(yōu)勢(shì)更加明顯。

[1]水系統(tǒng) 45°鋸齒形螺紋牙型與基本尺寸.JB/T 2001.73－1999[S].

[2]馬曉明，姚振強(qiáng).鋸齒形螺紋的通用宏程序設(shè)計(jì)及加工精度分析.[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2008，24（3)：72-75.

[3]鄧子林，黃競(jìng)業(yè).基于宏程序的數(shù)控車梯形螺紋參數(shù)化加工應(yīng)用研究.[J].機(jī)床與液壓.2011，39（24）：43-45.

[4]吳青松，吳在丞.宏程序在數(shù)控車削中的應(yīng)用分析.[J].制造業(yè)自動(dòng)化.2010，32（11）：165-168.

[5]北京發(fā)那科機(jī)電有限公司.FANUCSeries OiMate-Td編程與操作說(shuō)明書(shū).[Z].2010.