數(shù)控車曲面螺紋的加工方法

【摘要】數(shù)控車技能競賽日趨激烈，異形螺紋是大賽新的考點(diǎn)和難點(diǎn)，本文以橢圓面上車圓弧螺紋為例探討非圓曲面和螺紋的編程，加工和比賽是的技巧，通過FANUC系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床加工，驗(yàn)證和分析程序的可行性，解決生產(chǎn)加工難題。

【關(guān)鍵詞】宏程序；非圓曲線；橢圓；圓弧螺紋；步距；坐標(biāo)系

1.前言

非圓曲面（如橢圓，雙曲線，拋物線等）螺紋工件可用于緊固工件或裝飾工藝品，現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)沒有現(xiàn)成曲面螺紋循環(huán)指令，這時(shí)可用宏程序手工編程方式實(shí)現(xiàn)，簡單高效，可擴(kuò)大機(jī)床的加工范圍。

本文以如圖1所示工件為例，介紹FANUC系統(tǒng)宏程序的編程，探討非圓曲面螺紋的加工方法。已知橢圓的長半軸a=50，短半軸b=20，方程式：小圓直徑為5，深度為1，槽底直徑24，寬10，螺距6。

2.編程思路

非圓曲線的加工很容易，關(guān)鍵是螺紋。曲面螺紋的加工是刀具沿著曲面路徑加工而成。當(dāng)?shù)毒叩那邢髌瘘c(diǎn)有規(guī)律的變化，每次還沿著曲線的軌跡車螺紋，就形成了曲面異形螺紋。本例橢圓曲面圓弧螺紋的切削起點(diǎn)有規(guī)律的變化（沿著R2.5小圓的圓周作等步距的變化），每次螺紋還都走橢圓曲線，最終形成橢圓面上圓弧螺紋，所以編程的關(guān)鍵是小圓的圓心坐標(biāo)系與橢圓坐標(biāo)系疊加起來找到與工件坐標(biāo)系的關(guān)系，再計(jì)算出小圓圓心角的變化范圍和橢圓曲線的變化范圍，問題就迎刃而解了。

3.圓弧螺紋的切削加工

3.1 刀具的選擇

該螺紋如果使用Φ5的圓弧刀，圓弧刀要磨出一定的螺旋升角，防止刀具的后刀面與工件發(fā)生干涉。螺紋到達(dá)底部時(shí)切削刃與工件接觸過多，容易引起振動(dòng)，切削高強(qiáng)度材料時(shí)容易崩刀。若使用93o尖刀，排屑比較容易，加工牙型表面質(zhì)量比較好，但螺紋曲面要平緩，牙型深度不宜過深.防止刀具與工件發(fā)生干涉。

3.2 螺紋切削用量的選擇

螺紋切削時(shí)，在考慮刀具的壽命的同時(shí)要保證螺紋質(zhì)量和最佳切削速度，合理的走刀次數(shù)和進(jìn)刀量對(duì)螺紋的質(zhì)量有決定性的影響，圓弧刀轉(zhuǎn)速取200r/min（轉(zhuǎn)速公式N≦1200/P-K），尖刀轉(zhuǎn)速可以高一些300r/min，切削深度不宜過大，進(jìn)給速度為一個(gè)螺距F=6，當(dāng)然轉(zhuǎn)速和吃刀量還要根據(jù)機(jī)床的剛性，刀具的強(qiáng)度和切削材料的強(qiáng)度等具體情況而定。

3.3 螺紋的切削指令選擇

FANUC系統(tǒng)螺紋的加工指令有G32，G92，G76，G35/G36，但對(duì)于非圓曲面螺紋的加工，數(shù)控車系統(tǒng)沒有現(xiàn)成的螺紋加工指令，只有利用G32指令結(jié)合非圓曲線輪廓宏程序加工。G32螺紋切削指令格式為：

G32X（U）_Z（W）_F_X（U），Z（W）為螺紋切削的終點(diǎn)坐標(biāo)值，F(xiàn)為導(dǎo)程

3.4 編程加工方法

方法一，使用尖刀加工圓弧螺紋。

（1）螺紋行程的確定

在數(shù)控加工螺紋時(shí)，由于車床伺服系統(tǒng)本身有滯后性，在螺紋的起始段和停止段發(fā)生螺距不規(guī)則現(xiàn)象，也就是車螺紋時(shí)起始時(shí)有一個(gè)加速過程，結(jié)束時(shí)有一個(gè)減速過程，所以車螺紋時(shí)設(shè)置導(dǎo)入量和到處量。如上圖將螺紋進(jìn)，退刀點(diǎn)偏移工件一個(gè)螺距。

（2）小圓圓心角和橢圓起始，終止角的變化范圍

通過繪圖軟件CAD可以方便標(biāo)出小圓1圓心坐標(biāo)O2（24.0，19.02），小圓1到9起始和終止角度的變化范圍在[25，155]之間，（比賽的時(shí)候不需要標(biāo)出小圓的起始和終止角，直接取[0，180]）.橢圓曲線的起始角α和終止角β為：α=arccos（24/51.5）=62.2°β=180-α=117.7°

（3）坐標(biāo)系的疊加

工件坐標(biāo)系，橢圓坐標(biāo)系和小圓坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)分別為O，O1和O2（如圖2所示）任意切削點(diǎn)A的確定，在小圓坐標(biāo)系下圓的參數(shù)方程和在橢圓坐標(biāo)系下橢圓的方程分別為：

以上程序陰影部分橢圓曲線的程序也可以用橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程編寫，值得注意的是橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程和參數(shù)方程編程時(shí)，由于逼近橢圓曲線的方式不同的，為了減少螺紋的誤差，橢圓曲線和螺紋的編程方法要統(tǒng)一。橢圓曲線加工精度與步距有關(guān)，步距越小，橢圓的精度越高。

方法二，使用成型刀加工圓弧螺紋。

（1）宏程序的調(diào)用

功能：當(dāng)指定G65時(shí)，調(diào)用以地址P指定的用戶宏程序，數(shù)據(jù)（自變量）能傳遞到用戶宏程序中。

格式：G65P（p）L（I） （自變量賦值）

（p）要調(diào)用的程序號(hào)

（I）重復(fù)次數(shù)（省略時(shí)默認(rèn)為1）

（自變量賦值）：傳遞到宏程序的數(shù)據(jù)

（2）吃刀量和刀具軌跡

由于使用圓弧刀車螺紋時(shí)，越靠近底部吃刀刃越寬，切削力越大，也容易振動(dòng)，根據(jù)機(jī)床，刀具的具體情況分配吃刀量，第一刀量可以多一點(diǎn)，最后一刀量少點(diǎn)，刀具的軌跡如圖4所示（O1為螺紋切削起點(diǎn)，圓弧刀對(duì)刀時(shí)Z方向必須是圓弧刀的中心）。

上面程序也可使用單一循環(huán)修改刀補(bǔ)值的方法來實(shí)現(xiàn)，在機(jī)床的摩號(hào)中修改每一刀切削深度值，其程序省略。

4.加工方法比較和分析

從以上的加工方法看，使用尖刀編程繁瑣，但加工表面質(zhì)量更好，必須注意的是牙型深度不宜過大否則刀具與工件發(fā)生干涉。使用直徑為5MM的成型刀使用單一循環(huán)修改刀補(bǔ)值的方法編程非常簡單，在技能比賽中非常實(shí)用，但有一定的局限性，有時(shí)沒有牙型形狀的刀子。當(dāng)牙型深度過大甚至大于于小圓半徑時(shí)，必須選擇小于小圓半徑的圓弧刀，采用尖刀的編程方法，將上述方法結(jié)合起來就可以了。

5.結(jié)束語

筆者巧用非圓曲線輪廓宏程序結(jié)合G32螺紋切削指令的方法，解決了曲面螺紋編程問題，只要改變變量賦值，曲線方程或成型刀的形狀，就能適應(yīng)同類零件非圓曲面螺紋的編程與加工，在生產(chǎn)中有著實(shí)際意義。

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作者簡介：閆申（1985—），男，數(shù)控車技師，主要從事機(jī)車齒輪數(shù)控車床編程調(diào)試。