運用宏程序加工梯形螺紋探索 *

蘇 朱 勇

(荊州理工職業學院 機電與汽車工程學院， 湖北 荊州 434000)

傳統的梯形螺紋數控加工方法有直進法、斜進法、左右車削法等等。直進法加工梯形螺紋時，螺紋車刀的三個刀刃面都參與切削，刀具受力大，排屑不通暢，切削力和切削熱增加，刀尖磨損嚴重，當進刀量過大時，可能出現扎刀、爆刀及斷裂等情況。這種方法一般采用指令G92，加工效率不高，編寫程序冗長復雜。斜進法加工梯形螺紋時，螺紋車刀沿著牙型一側平行的方向進刀，只有一個側刃參與切削，排屑較通暢，刀尖的受力和受熱情況有所改善，車削中不易產生“扎刀”現象。此方法適用G76指令車削，加工效率有所高，加工程序有所簡化，但刀具振動仍較劇烈。左右車削法加工梯形螺紋時，車刀分別車削螺紋兩側面，每邊預留0.1-0.2 mm余量，沿著牙型角方向交錯間隙進給至牙深，車刀的兩側刃參與車削。該方法類同于斜進法，適合G76指令來實現，加工難度較大，難以保證螺紋精度，效率不高，編程較繁瑣。

現在，加工梯形螺紋可采用分層車削法(參見圖1)：在進行車削時，把梯形螺紋牙槽轉化成若干個較淺的梯形槽，從而降低加工難度，提高加工生產效率。分層車削使刀具單邊受力，受力相對較小。車削時，刀具作如下圖所示的向左或向右的縱向車削加工(參見圖2)，可有效防止因三個切削刃同時參與加工而產生振動、扎刀及刀頭斷裂等現象。另外，這種方法將梯形螺紋的車削加工進刀軌跡按一定的規律進行，易實現編程加工[1]103-113。

圖1 分層車削法圖示 圖2 刀具縱向進給圖

本研究根據分層車削方法，采用宏程序的變量編程進行梯形螺紋加工，有效降低了刀具在加工過程中的振動與扎刀情況，使梯形螺紋質量得到保證，程序變得更加簡便。

一、分層車削法加工梯形螺紋實例分析

本研究以下圖所示的Tr32×6-7e梯形螺紋零件為例(參見圖3)，分析說明用分層車削法加工梯形螺紋的過程。

圖3 梯形螺紋零件圖

(一)加工工藝分析

1.工件裝夾 加工此工件可采用如下圖所示的三爪自定心卡盤直接裝夾(參見圖4)。

圖4 工件裝夾圖

2.刀具選用與安裝 選用合金可轉位刀片、機夾刀桿，粗加工和精加工可使用同一把車刀。刀具切削刃須與工件軸線等高(用彈性刀桿應高于軸線約0.2 mm)、平行，車刀角平分線要垂直于工件軸線。采用樣板找正工件裝夾(參見圖5)，以免產生螺紋半角誤差。

3.工步劃分 (1)粗加工。先使用三爪自定心卡盤裝夾工件，伸出長度108 mm即可；再安裝加工所需刀具，并用樣板找正裝夾。工件、刀具安裝完畢后，使用93 °外圓車刀加工外圓至梯形螺紋大徑尺寸及左端面2×45 °倒角，再使用5 mm寬的切槽車刀加工退刀槽及其左右的兩個2×45 °倒角。然后，采用分層車削法，使用標準機夾式梯形螺紋車刀加工Tr32×6-7e螺紋。由于采用標準機夾式螺紋車刀加工，所以刀具頂刃寬度、牙型高度等均為標準值[2]112-193。車削中采用徑向進給，只要車刀達到梯形螺紋牙高尺寸(中徑尺寸)即可，其徑向為精加工預留0.2 mm余量(可在數控車床X向刀具磨損補償參數中設置)。(2)精加工。粗加工后，先檢測梯形螺紋，計算梯形螺紋刀具的磨損值，并根據刀具磨損情況來調整機床刀具磨損補償參數。然后，將加工程序中梯形螺紋的牙高初始值由“0”修改為“3”，以縮短車削時間。參數修改后，再重新運行修改好的加工程序，精加工梯形螺紋至要求尺寸[3]167-170。

(二)編程設計

宏程序編程軌跡可按左右借刀分層車削法編寫[4]235-237。先將梯形螺紋槽分為若干層，再進行分層車削。粗加工時，由于切削量較大，每層分左右兩刀車削(加工大導程螺紋時，可分中、左、右三刀車削)，具體如圖6所示(參見圖6)。精加工時，由于余量較少，可采取徑向進給加工。

圖5 螺紋車刀安裝圖 圖6 左右借刀分層車削軌跡圖

(三)梯形螺紋宏程序的變量編程參數

FANUCoi-TC系統數控車床具有宏程序功能，是以變量組合，通過各種算術和邏輯運算、轉移和循環等命令編制的一種靈活運用的程序。通過改變宏程序中變量的值，來完成不同的加工與操作。宏程序中變量的值可直接賦值，也可通過G65指令來實現。本研究按G65指令來編程[5]143-147。

編程格式：G65 P___(宏程序段號)L___(調用次數)A___B___C___I___J___(自變量賦值)

式中：P-宏程序段號；L-調用次數,當要求重復時在地址L后指定從1到9999的重復次數，省略L值時認為L等于1；A、B、C、I、J-自變量賦值，使用自變量指定，其值被賦值到相應的局部變量(參見表1)。

表1 梯形螺紋變量表

(四)梯形螺紋參數化加工的參考程序

%○1111；(主程序名)

M03 S200；(主軸轉速200r/min)

M06 T0101；(選擇機夾式螺紋車刀)

G00 X40 Z6 M08；(刀具快速移動到起點，一號冷卻液打開)

G65 P0022 A32 B6 C1.7 IO.5 J1.2；(調用○0022宏程序，并賦予#1=32、#2=6、#3=1.7、#4=0.5、#5=1.2。)

G00 X50 Z6；

M30；

%

%○0022；(被調用宏程序名)

#6=#l-#2/2；(計算梯形螺紋中徑)

IF[#2 GE 6] GOTO10；

#7=0.25；[設定梯形螺紋牙頂間隙系數(P<6時)]

GOTO12；

N10 IF [#2 GE 14] GOTO12；

#7=0.5；[設定梯形螺紋牙頂間隙系數(6≤P<14時)]

GOTO12；

N11 #7=l；[設定梯形螺紋牙頂間隙系數(P≥14時)]

N12 #8=#2/2+#7；(計算梯形螺紋牙高)

#9= #l-2﹡#8；(計算梯形螺紋小徑)

#12=#1；(設定刀具起始X向坐標)

N13 IF[[#12-#9]LE#4] GOTO17；(檢查X向余量)

#12=#12-#4；(計算刀具X向坐標)

N14 #10=tanl5﹡[#12-#6]/2+#2/4-0.05；(計算每層螺紋槽右側Z向坐標，預留0.05 mm。)

#13=#10-#3；(計算刀具Z向坐標)

#l1=-#10+0.05；(計算每層螺紋槽左側Z向坐標，預留0.05 mm。)

N15 G00 X[#1+5] Z[#13+4]；(快速移到另一起始點)

G92 X [#12] Z-103 F6；(加工Tr32X6-7e梯形螺紋)

IF[#13 EQ#11] GOTO13；(檢查梯形螺紋槽左側)

IF[[#13-#l1]LE#5] GOTO16；(檢查Z向坐標余量)

#13=#l3-#5；(計算Z向坐標)

GOTO15；

N16 #13=#l1；(設定最后一次加工Z向坐標)

GOTO15；

N17 IF[#12 EQ #9] GOTO18；(檢查是否到達梯形螺紋小徑)

#l2=#9；(設定最后一次加工X向坐標)

GOTO14；

N18 S55；(精加工主軸轉速設定為55 r/min)

G00 Z[#10-#3+4+0.05]；

G92 Z-103 F6；(精加工梯形螺紋槽右側)

C00 Z[#l1+4+0.05]；

G92 Z-103 F6 ；(精加工梯形螺紋槽左側)

G00 X50；

M99；

%

(五)梯形螺紋測量與尺寸的控制方法

1.螺紋塞規測量 粗加工后，使用梯形螺紋塞規的通規和止規進行檢測。如果梯形螺紋通規未能通過，可修改機床刀具磨損補償中的參數，重新運行程序加工，然后再檢測，直到符合零件要求的尺寸為止。

2.三針測量 梯形螺紋中徑測量可采用三針測量方法(參見圖7)[6]231-233。該方法精密、可靠。先把直徑相同的三根量針放在對應的螺旋槽中，再用千分尺測量出量針頂點之間的距離M。可通過測量的距離M，間接得到梯形螺紋中徑尺寸。若未達到梯形螺紋尺寸，可根據M值大小，在X軸向磨損補償值中設置，相應地減去該值。量針直徑dD和測量值M可查相關機械加工手冊，也可利用下列公式計算：

測量距離:M=d2+4.864dD-1.866P

式中：d2-螺紋中徑；dD-測量時量針的直徑；P-螺距。

3.單針測量 梯形螺紋中徑的另一種測量方法是單針測量法(參見圖8)[7]118-129。此法用一根量針間接測量梯形螺紋中徑，所測量尺寸值受梯形螺紋大徑實際尺寸值影響。先測量A值，粗加工后若A值未到尺寸，可根據A值大小，在數控車床X向刀具磨損補償參數中設置兩倍的差值。

圖7 三針測量法示圖 圖8 單針測量法示圖

測量距離A與螺紋頂徑及公稱尺寸的關系如下式：

A=(M+d0)/2

式中：d0-工件實際測量外徑；M-螺紋公稱直徑。

例如：粗加工后測量A值比螺紋頂徑大0.2 mm，則在X軸向刀具磨損補償參數中設置減0.4 mm。

4.直接測量 測量螺紋的大小徑，還可用游標卡尺或千分尺直接測量。

二、結 語

實際加工表明：采用G32、G92、G76指令編程加工梯形螺紋，容易崩刀、扎刀，質量與效率較低，而使用宏程序加工，可簡化編程，縮短編程與操作時間。使用分層車削法加工，梯形螺紋的尺寸精確、質量穩定、加工方便，工作效率得到很大提高。特別是，使用該編程和加工方法車削一些非標準螺紋，能發揮出更大的優勢，這對加工其他螺旋特征零件有一定的參考作用。