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應用宏程序加工變螺距螺紋
應用宏程序加工變螺距螺紋【1】
摘 要：傳統(tǒng)的加工螺紋工藝很難完成變螺距螺紋的加工。本文通過具體實例程序，淺談通過數(shù)控車床編制宏程序加工變螺距螺紋的方法，第一步完成牙變槽不變螺紋加工，第二步完成槽變牙不變的變螺距螺紋的加工。
關鍵詞：變螺距螺紋 牙變槽不變 槽變牙不變
變螺距螺紋螺距有規(guī)律地增大或減小，一般應用在飲料灌裝機械、塑料機械、飼料機械上，特點是加工難度較大，在普通車床上很難加工，在數(shù)控車床上雖然借助CAM軟件來完成是可行的，但編程效率較低，通過宏程序來加工變螺距螺紋效率較高。本文通過具體實例程序，來講解如何利用宏程序車削牙變槽不變與槽變牙不變兩種不同結(jié)構(gòu)形式的變螺距螺紋。
一、牙寬變槽寬不變螺紋
指令格式：
G32 X_____ W_____ F_____
x、z為絕對值編程時，有效螺紋終點在工件坐標系中的坐標;指令中用f為所加工變螺距螺紋的初始螺距;W指工件旋轉(zhuǎn)一圈后刀具移動的距離。
零件為矩形螺紋，采用3mm切斷刀直接加工，零件上第一螺距為8mm、第二螺距是10mm、第三螺距是12mm，每次螺距的變化量是2mm，根據(jù)螺距變化的特點相對應的每一次的移動量是W-8、W-10、W-12。完成螺距變化的這種切削，就是采用如下原理編寫，如圖1所示。
01;
G99 G97 G40 T0101; (選用3mm切槽刀)
M03 S400; (轉(zhuǎn)速為400r/min 速度不能高)
G0 X42 Z5;
#1=0;
N1 G0X50Z5; (定位點)
X[40-#1]; (刀具每次下刀深度)
G32 Z0 F6; (P為6mm切到端面)
G32 W-8 F8; (P為8mm Z軸增量為8)
G32 W-10 F10; (P為10mm Z軸增量為10)
G32 W-12 F12; (P為12mm Z軸增量為12)
G32 W-10 F12; (P為14mm Z軸增量為10)
G0X50; (退刀)
Z5; (返回定位點)
#1=#1+0.1; (每次增量為0.1mm)
IF[#1LE3]GOTO1; (如果剩余牙高≤3，則轉(zhuǎn)移到N1程序段)
G0X100 Z100; (返回安全點)
M30;
二、牙寬不變槽寬變螺紋
牙寬不變槽寬變螺紋是在牙寬變槽寬不變螺紋基礎上進行切削，將多余的余量切除。通過CAD繪圖將改變后的螺距計算出來，再進行編制改變后的螺距，改變后第一螺距為8mm、第二螺距也是8mm、第三螺距是10mm等，通過循環(huán)切削每次下刀0.1mm，就完成了變螺距的車削。如圖2所示。
O2;
G99 G97 G40 T0101; (選用3mm切槽刀)
M03 S400; (轉(zhuǎn)速為400r/min速度不能高)
G0 X42 Z5;
#1=0;
N1 G0X50Z5; (定位點)
X[40-#1]; (刀具每次下刀深度)
G32 Z0 F6; (P為6mm 切到端面)
G32 W-8 F8; (P為8mm Z軸增量為8)
G32 W-8 F8; (P為8mm Z軸增量為8)
G32 W-10 F10; (P為10mm Z軸增量為10)
G32 W-12 F12; (P為12mm Z軸增量為12)
G32 W-2 F14; (P為14mm Z軸增量為2)
G0X50; (退刀)
Z5; (返回定位點)
#1=#1+0.1; (每次增量為0.1mm)
IF[#1LE3]GOTO1;(若剩余牙高≤3mm，則轉(zhuǎn)移到N1程序段)
G0X100 Z100; (返回安全點)
M30;
此方法已得到驗證，且加工出的零件符合圖樣要求，效率較高。
利用宏程序加工幾種特殊螺紋【2】
摘 要 2010年第四屆全國數(shù)控技能大賽如約而至，本人從第二屆開始就一直參與這項賽事，深深感受到每屆比賽對選手知識面的深度、知識深度、廣度要求不斷加大。從第一屆的梯形螺紋配合到第二屆的宏程序加工旋轉(zhuǎn)橢圓，第三屆正余弦曲線、蝸桿加工，再到今年的圓弧螺紋加工。
實際操作中，若對幾種特殊類型螺紋用傳統(tǒng)加工方法如直進法，斜進法，左右進法和分層進法進行加工，難以完成。本文針對這幾種特殊螺紋，巧用宏程序編程加工，可在最短的時間里完成加工，方便在競賽中熟練運用。
關鍵詞 數(shù)控;宏程序;螺紋;加工
2010年7月我作為參賽選手，參加了全國第四屆全國數(shù)控技能大賽廣東省省屬技校數(shù)控車床教師組的選拔。記得在6月份廣州市技工院校職業(yè)技能競賽樣題中，有一個圓弧螺紋加工的題目，一般傳統(tǒng)加工螺紋方法有：直進法，斜進法，左右進法和分層進法。
由于螺紋的形狀是圓弧形的，圓弧半徑為R4.5，在傳統(tǒng)的加工方法中，例如用直進法(又稱成形法)車削普通螺紋時，車刀不向左右“趕刀”，只由中滑板作橫向進給，逐步切進，使螺紋直接成形，操作簡單，能保證牙型清晰，其軸向切削分力在加工中互相抵消，使壓型誤差減小。
但是用這個方法加工圓弧型的牙型，圓弧面很難保證順滑，而且圓弧切削刃同時參與切削，排屑困難，總切削力和徑向切削力增大，受力和受熱嚴重，刀尖容易磨損。而比賽是一個選手綜合素質(zhì)的體現(xiàn)，不僅要求過硬的操作技術，果斷的判斷思維，還必須有與時間競賽的意識;不僅要有高質(zhì)量的刀具，還要有所在單位強有力的資金
支持等等。
筆者經(jīng)過不斷嘗試，總結(jié)出方便快捷、高質(zhì)高效解決圓弧螺紋加工的辦法：利用宏程序用變量的形式編寫出加工圓弧螺紋軌跡的程序，用起始點和終點坐標控制軌跡，利用坐標偏移法用35°尖刀進行加工。
圖1 圖2
1 螺紋的圓弧半徑為R4.5，螺距為10mm，如圖1
在比賽過程中，一般很少有選手會配備R3以上的圓弧刀具，原因一：在使用圓弧刀具加工過程中刀具與工件接觸面積大，切削力大，很有可能會造成工件報廢，甚至出現(xiàn)工件飛脫造成危險;原因二：用圓弧刀具加工無法保證表面粗糙度。
而利用宏程序編程加工這種大螺距特殊螺紋，可以減少切削力，縮短加工時間，提高工作效率，能更好地保證加工尺寸，得到更好的表面粗糙度。
說明： 采用R0.4的尖刀，利用刀具圓心編程。
加工程序
O0001
T0101 調(diào)用一號刀具R0.4尖刀
G99 G0 X150 Z150 定位
M03 S700 主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速700
G0 X85 Z2 定位到起點
#1=-20 賦值
WHILE[#1GE-160]DO1 條件循環(huán)
#2=SIN[#1]*4.1 用角度編圓方程X方向半徑4.1(圓弧R4.5減刀尖圓弧0.4)
#3=COS[#1]*4.1 用角度編圓方程Z方向半徑4.1(圓弧R4.5減刀尖圓弧0.4)
#4=#2*2+77 定義圓心與編程原點的距離X方向
#5=#3+2 定義圓心與編程原點的距離Z方向
G0 X#4 Z#5 坐標定位
G32 Z-48 F10 螺紋切削
#1=#1-1 變量定義
G0 X85 退刀
G0 Z2 退刀
END1 條件循環(huán)結(jié)束
G0 X150 Z150 退刀
M30 程序結(jié)束
2 在圓弧面上進行圓弧螺紋加工，如圖2。
說明：采用R1.5的圓弧刀具，利用刀具圓心進行編程，沿著R1.5圓周走刀。
加工程序
O0010
T0101
G99 G0 X150 Z150
M03 S700
G0 X90 Z6
#1=0
WHILE[#1GE-180]DO1
#2=SIN[#1]*1.5
#3=COS[#1]*1.5
#4=#2*2+76.08
#5=#3+6
G0 X#4 Z#5
#1=#1-4
#6=73.536
WHILE[#6LE106.46]DO2
#7=SIN[#6]*60
#8=COS[#6]*60
#9=[#7+#2]*2-39
#10=[#8+#3]-11
G32 X#9 Z#10 F7.5
#6=#6+5
END2
G0 X90
Z6
END1
G0 X150
Z150
M30
3 在錐面上進行錐螺紋加工，如圖3
首先把零件外形尺寸加工完成，接著就利用對中尖刀進行加工。(加了刀尖圓弧補償0.5)第二段減了0.5，第三段跟著偏移。起點延長10mm，終點延長4mm。
圖3
說明：采用35度對中刀，改刀補分層加工。
加工程序
T0202
G0 X150 Z150
M3 S500
G0 X85 Z10
#1=0
WHILE[#1GE-1.03]DO1
#2=#1/TAN[20]*2+48.72 #3=#1+10
G0 X#2 Z#3
G32 U32.02 W-44 F6
G0 X85
Z10
#1=#1-0.1
END1
#11=0
WHILE[#11GE-1.38]DO2
#12=#11*TAN[-20]*2+43.08
#13=#11+8.97
G0 X#12 Z#13
G32 U32.02 W-44 F6
G0 X85
Z10
#11=#11-0.15
END2
#21=0
WHILE[#21GE-1.34]DO3
#22=#21/TAN[-20]*2+44.09
#23=#21+7.59
G0 X#22 Z#23
G32 U32.02 W-44 F6
G0 X85
Z10
#21=#21-0.1
END3
G0 X150
Z150
M30
4 在橢圓面上進行圓弧螺紋加工，如圖4
圖4
說明：采用R3圓弧刀，因為進、退刀都沒有進退刀槽所以采用螺旋進退刀方式。
加工程序
T0101
G99 G0 X150 Z150
M03 S700
G0 X52 Z10
#1=19
WHILE[#1LE129.5]DO1
#2=SIN[#1]*22.5
#3=COS[#1]*55
#4=#2*2
#5=#3-55
G32 X#4 Z#5 F12
#1=#1+5
G32 X52 F12
G0 Z10
END1
G0 X150 Z150
M30
特別注意，在以上四種典型的特殊螺紋加工過程中，由于螺距較大，有些數(shù)控車床可能對最高切削速度有限制，所以使轉(zhuǎn)速受到一定約束。但是我們可以通過修改車床相關參數(shù)提高切削速度。例如在廣州數(shù)控GSK980TDa的數(shù)控車床系統(tǒng)中，可以設置27號系統(tǒng)參數(shù)為8000(一般默認設置為5000)。
隨著數(shù)控加工技術不斷發(fā)展，可能會有更好的特殊螺紋加工方法。本文所提出的方法僅供參考，在實踐應用中，由于存在機械損耗、振動、伺服系統(tǒng)定位精度等各種因素，仍存在少許誤差，只要精車余量稍留多些就可修正。
在修改參數(shù)值時，要注意螺紋切削中各軸指數(shù)加減速的下限值的設置。在不同數(shù)控系統(tǒng)和不同數(shù)控機床中，其軟件設計升降速規(guī)律不同，參數(shù)設置也會有所不同，這就需要另行處理、解決才能達到最佳的效果。
參考文獻
[1]沈建峰，朱勤蕙主編.數(shù)控加工生產(chǎn)實例.北京：化學工業(yè)出版社出版，2007，1.
[2]全國數(shù)控培訓網(wǎng)絡天津分中心.數(shù)控編程.北京：機械工業(yè)出版社，1997，3.
[3]唐應謙主編.數(shù)控加工工藝學.北京：中國勞動社會保障出版社，2000，5.
[4]數(shù)控加工技師手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2005，4.
巧用宏程序編程加工非標梯形螺紋【3】
摘 要： 加工螺紋一般采用成型刀具，非標準螺紋加工往往需要定制刀具。這不但增加了加工的成本，而且由于刀具的誤差造成螺紋牙型不正確。在此巧妙應用宏程序就能夠很好地彌補不足，收到事半功倍的效果。
關鍵詞： 螺紋加工 非標梯形螺紋 宏程序 進刀方法
螺紋加工是機械加工中最常見的加工類型之一，在數(shù)控機床正在革命性普及的今天，在數(shù)控車床上加工螺紋正越來越多地被使用。要高質(zhì)量、高效率地加工螺紋，正確合理地使用數(shù)控車削加工螺紋的方法就變得至為關鍵。
而三角螺紋、梯形螺紋現(xiàn)在在加工方面的應用就已經(jīng)非常廣泛。我就借助于宏程序中變量的使用，從編程加工方面探討了數(shù)控車削非標梯形螺紋的方法。
一、螺紋車削指令分析
螺紋編程指令主要有三個，適用在不同情形當中。
1.單刀螺紋切削指令
格式：G32 X_ Z_ F_;
其中X、Z為螺紋切削終點的坐標值，F(xiàn)為螺紋的導程。
其加工軌跡如圖1。
2.簡單循環(huán)螺紋切削指令
格式：G92 X_ Z_ F_;
指令中X、Z、F的含義與G32的相同。
其加工軌跡如下圖。
G92循環(huán)軌跡
3.復合循環(huán)螺紋切削指令G76
格式：G76 P(m)(r)(a) Q(△dmin) R(d)
G76 X(u) Z(w) R(i) P(k) Q(△d) F(f)
指令中m:精加工重復次數(shù)(1至99)(用兩位數(shù)表示如02)
r:螺紋尾端倒角值(用兩位數(shù)表示0―99L如1.2L為12(L為導程))
a:螺紋牙型角，可選擇80度、60度、55度、30度、29度、0度，用2位數(shù)指定。
△dmin:最小一次吃刀量單位是微米(最小切削深度)(數(shù)字后不準加小數(shù)點)。
d：最后一次吃刀量單位是微米(數(shù)字后不準加小數(shù)點)。
X、Z坐標：最后一刀螺紋切削的終點坐標。
i:螺紋部分的半徑差，如果i=0，即為直線螺紋切削。
k:螺紋牙型角高度=0.5413P(單位是微米)，這個值在X方向用半徑值指定。
△d:第一次的切削深度或叫吃刀量(單位是微米)。
F：螺紋的導程。
其軌跡如下圖。
螺紋切削循環(huán)指令G76軌跡 G76循環(huán)單邊切削及其參數(shù)
二、螺紋車削進刀方法分析
螺紋車削的進刀方法有許多種，但在數(shù)控車削中一般使用的就只有直進法和斜進法兩種。
1.直進法
車螺紋時在每次往復行程中，車刀作X向進刀，車刀兩側(cè)刃同時參加切削，經(jīng)多次行程把螺紋車好的方法。此種方法的特點是操作簡單，但容易產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象，只適用于螺距較小的螺紋。指令G32和G92就是采用的這種方法。
2.斜進法
在螺紋切削的每次行程中，車刀同時作X向和Z向單側(cè)進刀，車刀單側(cè)刃參加切削，多次往復把螺紋車好的方法。此種方法的特點是計算復雜，但其只用單刃切削，不易扎刀，適用于螺距較大的螺紋。指令G76就是采用的這種方法。
三、編程思路
非標準梯形螺紋具有梯形螺紋加工的共性，即牙型深、導程大，也有其個性，即牙型角是非常規(guī)的。因此可以利用宏程序適應變化的特點來解決這個問題，也就是借鑒G76指令的思路，斜向進刀可以避免車刀兩側(cè)刃都參加切削，同時沿著牙側(cè)斜進又能保證螺紋牙型角的正確。
四、編程實例
在本例中出現(xiàn)的是牙型角為45°的非標準的螺紋，要加工此類螺紋首先讓人想到的就是成型加工法即使用45°的螺紋成型刀。而我現(xiàn)選用30°梯形螺紋車刀，刀頭寬度取大于槽底寬的1/2小于槽底寬，設為a，使用宏程序編程采用左右斜進法進刀。
其軌跡如下圖。
右側(cè)斜向進刀軌跡左側(cè)斜向進刀軌跡
程序如下：
O2011;
T0101;
M03 S200;
#1=0.1; #1為右向X軸進刀量
N1 G00 X94 Z4;
#2=#1*TAN22.5;#2為右向Z軸每次移動量
G00 X[92-#1*2] W-#2;
G32 Z-47 F8;
G00 X94;
#1=#1+0.1;
IF[#1LT4]GOTO1;
#3=0.1; #3為左向X軸進刀量
N2 G00 X94 Z[6.55+a];
#4=#3*TAN22.5; #4為左向Z軸每次移動量
G00 X[92-#3*2]W#4;
G32 Z-47 F8;
G00 X94;
#3=#3+0.1;
IF [#3LT4] GOTO2;
G00 X100 Z100;
M05;
M30;
此種方法就類似于G76的斜進法，但G76只能沿右側(cè)斜進，而在本例中既使用G76右側(cè)斜進的原理，又考慮左側(cè)由于刀具牙型角不夠也用斜進法來加工完成。這當中#1和#3的每次進給量可以控制螺紋左右側(cè)表面的形狀精度，在實例中選用的每次進給量為0.1，如果要求精度更高，就可以將其改小，但要注意不能太小，否則會影響系統(tǒng)計算時間和效率。
參考文獻：
[1]王公安.車工工藝學[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2005.6(第四版).
[2]沈建峰.數(shù)控車床編程與操作系統(tǒng)集錦(數(shù)控加工類)[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2008.6.
[3]孔春艷.螺紋數(shù)控車削編程方法的研究[J].工具技術，2008，VOL42.
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