基于宏程序的多頭鋸齒形螺紋加工程序應用

段樹軍等

【摘 要】普通的多頭鋸齒形螺紋加工程序較為冗雜，因其牙型特殊，編制時工作量大，牙深度和寬度都比普通螺紋大很多，所以檢查程序繁瑣易出錯。根據宏程序的特點，通過對鋸齒形螺紋牙型、公差的分析及原理應用，設計出許多簡單易行的多頭螺紋加工程序。可以通過改變螺紋參數的變量值，加工出不同直徑和螺距的鋸齒形螺紋，其靈活性較強也較為方便。

【關鍵詞】宏程序；鋸齒形螺紋加工；多頭螺紋

鋸齒形螺紋是一種非標準螺紋，通常采用成形車刀在臥式車床上進行加工，一般用于承受單向載荷。螺紋工作面的牙型角較小，非工作面的角度較大，有利于提高螺紋的抗疲勞強度。目前我國所使用的三菱等數控車床中，對于簡單編程的普通螺紋加工來說，可操作性強，但用于復雜的多頭鋸齒形螺紋加工時，程序編制量大，檢查也極其不易，容易造成錯誤。而在數控車床加工中，我們可以根據宏程序編程的特點，使用變量、算術和邏輯運算及循環、條件轉移等來完成對多頭鋸齒形螺紋的加工。

1 宏程序簡介及鋸齒形螺紋的牙型分析

1.1 宏程序簡介

在編程工作中，我們經常把能完成某一功能的一系列指令像子程序那樣存入存儲器，用一個總指令來代表他們，使用時只需給出這個總指令就能執行其功能。所存入的這一系列指令稱作用戶宏程序本體，簡稱宏程序。這個總指令稱作用戶宏程序調用指令。在編程時，編程員只要記住宏程序而不必記住宏程序。

用戶宏程序與普通程序的區別在于：在用戶宏程序本體中，能使用變量；可以給變量賦值；變量間可以運算；程序可以跳轉。而普通程序中，只能指定常量，常量之間不能運算，程序只能順序執行，不能跳轉，因此功能只固定的，不能變化。用戶宏功能是用戶提高數控機床性能的一種特殊功能。宏程序本體既可以由機床生產廠提供，也可以由機床用戶自己編制。使用時，先將用戶宏主體像子程序一樣存入到內存里，然后用子程序調用指令調用。

1.2 鋸齒形螺紋的牙型分析

非標準的鋸齒形螺紋工作面的牙型角為3°，非工作面的牙型角為30°原始三角形齒形的牙型高度為1.5878p，牙頂間距為0.117777p，牙型寬度為0.25384p，基本牙型高度為0.75p；外螺紋牙型高度為0.86777p，外螺紋小徑為（d—1.73554p），外螺紋中徑為（d—0.75p），牙底圓角為0.12427p。其中p是螺距，d是外螺紋大徑。該螺紋主要用于單向受力的傳力螺旋。

本文所要分析的鋸齒形螺紋（見圖1）為非標準鋸齒螺紋，螺紋大徑為130mm，左旋螺紋，螺距為8mm，螺紋頭數為8，螺紋導程為64mm，牙型高度為2.8mm。

2 加工工藝分析

2.1 刀具選擇

刀具是機械制造中用于切削加工的工具，又稱切削工具。廣義的切削工具既包括刀具，還包括磨具。刀具按工件加工表面的形式可分為五類。加工各種外表面的刀具，包括車刀、刨刀、銑刀、外表面拉刀和銼刀等；孔加工刀具，包括鉆頭、擴孔鉆、鏜刀、鉸刀和內表面拉刀等螺紋加工工具，包括絲錐、板牙、自動開合螺紋切頭、螺紋車刀和螺紋銑刀等；齒輪加工刀具，包括滾刀、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪加工刀具等；切斷刀具，包括鑲齒圓鋸片、帶鋸、弓鋸、切斷車刀和鋸片銑刀等等。此外，還有組合刀具。按切削運動方式和相應的刀刃形狀，刀具又可分為三類。通用刀具，如車刀、刨刀、銑刀（不包括成形的車刀、成形刨刀和成形銑刀）、鏜刀、鉆頭、擴孔鉆、鉸刀和鋸等；成形刀具，這類刀具的刀刃具有與被加工工件斷面相同或接近相同的形狀，如成形車刀、成形刨刀、成形銑刀、拉刀、圓錐鉸刀和各種螺紋加工刀具等；展成刀具是用展成法加工齒輪的齒面或類似的工件，如滾刀、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪刨刀和錐齒輪銑刀盤等。

2.2 加工原理分析

用成形滾壓模具使工件產生塑性變形以獲得螺紋的加工方法。螺紋滾壓一般在滾絲機。搓絲機或在附裝自動開合螺紋滾壓頭的自動車床上進行，適用于大批量生產標準緊固件和其它螺紋聯接件的外螺紋。滾壓螺紋的外徑一般不超過25毫米，長度不大于100毫米，螺紋精度可達2級（GB197-63），所有坯件的直徑大致與被加工螺紋的中徑相等。滾壓一般不能加工內螺紋，但對材質較軟的工件可用無槽擠壓絲錐冷擠內螺紋（最大直徑可達30毫米左右），工作原理與攻絲類似。冷擠內螺紋時所需扭距約比攻絲大1倍，加工精度和表面質量比攻絲略高。

2.3 走刀路線設計

走刀路線是數控加工過程中刀具相對于被加工件的運動軌跡和方向。走刀路線的確定非常重要，因為它與零件的加工精度和表面質量密切相關。確定走刀路線的一般原則是：（1）保證零件的加工精度和表面粗糙度。（2）方便數值計算，減少編程工作量。（3）縮短走刀路線，減少進退刀時間和其他輔助時間。（4）盡量減少程序段數。

3 螺紋加工宏程序設計

3.1 加工輪廓計算

首先對有關螺紋參數（如主軸轉速，螺紋大徑，螺紋牙型寬度，切削深度和螺紋升角等）進行賦值。由于該8頭螺紋導程大，刀具受力大，如果轉速太高！易造成刀具磨損加劇，甚至刀具折斷。設置車床主軸的最低轉速（設置#3023參數為最低轉速），利用條件轉移功能進行螺紋升角的比較，其中在加工多頭鋸齒螺紋時還要進行螺紋深度加工的比較，若螺紋深度加工沒有達到所需的螺紋小徑尺寸，#103變量賦值繼續循環加工直至達到尺寸要求為止，直至所有螺紋頭數加工完畢。

3.2 定義變量及編制程序

加工參考程序如下：

T0101 （采用90度刀具）

S1500 M03 （主軸正轉）

G0X20Z2 （快速定位）

G1Z0F0.3 （錐面的加工起點）

X29.117 Z-204.002 （加工錐面）

G0X100 Z100 （退刀）

T0202 （采用對稱尖刀）

G0 X18.868 Z25.333 S300 （異性螺紋的加工起點轉速變化）

1=57 （起始角度）

N1 #2=25.333 （第一個螺距）

10=25.333 （再次設定初始的螺紋值）

3=49.988-218.667SIN[1] （起始X直徑）

4=18.667*COS[1]+15.021 （起始Z）

G0 X3 Z4 （定點）

N2 5=49.988+10TAN[1.28]*2-2*18.667*SIN[#1] （變化中的X）G32 X5 W-2 F2 （螺紋加工）

2=#2+6.667 （螺距每次增大6.667）

#10=#10+#2 （每次變化后的螺距值）

IF[#2LE52.001]GOTO2 （最后一個螺距值）

G0X100 （X向退刀）

Z50 （Z向退刀）

#1=#1+1 （每次變化的角度）

IF[#1LE127]GOTO1 （給定條件語句跳轉）

G0 X100

Z100

M30

4 加工的成品及問題分析

程序中考慮到分為粗，精2部分進行切削加工，粗加工時以去除多余材料！設置螺紋牙型高度時，預留了精加工余量，以防止在螺紋加工參數比較過程中出現誤判斷，精加工余量及精加工參數設置應根據工件的材料，螺紋的表面加工精度及刀具的具體工藝狀況進行設置，該程序已上機調試成功，且通過了試樣加工（見圖2）。

5 結束語

上述程序結構簡單，具備循環加工的特點，只需利用宏程序的變量定義、邏輯判斷、循環指令調用等功能，編寫此類螺紋的程序并加工，可適合于任何形式的大導程非標準多頭螺紋的加工，節省了工作量，減輕了操作者的勞動強度，其通用性和靈活性非常強。從目前的應用來看，取得了令人滿意的效果。

【參考文獻】

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[責任編輯：鄧麗麗]