異型螺紋的數(shù)控車削編程方法*

倪春杰

(蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，甘肅蘭州 730060)

0 引言

卷揚(yáng)機(jī)、起重機(jī)、滾珠絲杠螺母副、航空發(fā)動(dòng)機(jī)中采用的圓弧、橢圓或拋物線等牙型的螺紋，稱為異型螺紋。此類螺紋的數(shù)控車削加工借助 CAM軟件編程無法完成，用成型刀具加工耗時(shí)耗力，加工困難［1］。為此，筆者以華中數(shù)控系統(tǒng)為平臺，根據(jù)數(shù)控車床螺紋加工原理，結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)的宏程序編程功能，介紹圓柱面上異型螺紋宏程序的編制方法，完成異型螺紋的編程加工，拓展數(shù)控車床的加工范圍，且計(jì)算量較小、程序易懂、修改容易。

1 圓弧螺紋的數(shù)學(xué)模型

如圖1所示，圓弧螺紋的截面形狀為 R2．5，深1 mm的圓弧，螺距為6mm。選擇比較常見的刀尖角為35°的外圓車刀，經(jīng)檢驗(yàn)得知后刀面不發(fā)生干涉。

圖1 圓柱面上的圓弧螺紋

如圖2所示，圓弧牙型截面在ZOX坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

X2+Z2=2．52，-2≤ Z ≤2 (1)

此處關(guān)鍵是找準(zhǔn)圓弧牙型的坐標(biāo)系位置、數(shù)學(xué)表達(dá)式、圓弧的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)。

圖2 圓弧牙型螺紋

2 圓弧螺紋的編程思路

圓弧螺紋的編程思路是:用等間距法分割牙型曲線，逐點(diǎn)計(jì)算并車削螺紋，繼而近似構(gòu)成圓弧螺旋面。

(1)按長度或按角度［2］等間距分割圓弧牙型，分割的間距決定逼近的精度。例如，圖2中將圓弧牙型曲線分割為6個(gè)點(diǎn)。

(2)利用螺紋加工指令車螺紋。圖2中刀具依次按①～⑥的順序計(jì)算、車削螺紋，6條螺旋線近似構(gòu)成圓弧螺旋面。

(3)設(shè)置螺紋加工的升速段［3-4］和降速段。圖2中取了一倍螺距的升速段距離。

3 圓弧螺紋編程實(shí)例

以圖1為例，選用華中數(shù)控系統(tǒng)，圓弧螺紋的宏程序可按以下步驟進(jìn)行編程。

3．1 以螺紋牙型曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式坐標(biāo)編程

以圖1中的ZOX坐標(biāo)系編程。

3．2 確定螺紋牙型曲線的起點(diǎn)和終點(diǎn)

圖1中圓弧牙型在ZOX坐標(biāo)系下的起點(diǎn)Z坐標(biāo)為2，終點(diǎn)Z坐標(biāo)為-2。

3．3 合理選擇牙型曲線的分割變量

圖2中等間距分割圓弧牙型時(shí)，應(yīng)按X分割還是按Z分割?由圖可知，圓弧牙型沿X軸左右對稱，除了X軸上的點(diǎn)以外，圓弧上的每一個(gè)X值對應(yīng)兩個(gè)Z值，即由X求得的Z不唯一。而選Z作為分割變量時(shí)，一個(gè)Z值對應(yīng)一個(gè)X值，即按Z分割圓弧時(shí)，獲得的分割點(diǎn)坐標(biāo)是唯一的。比較結(jié)果，選Z作為分割變量合適。

3．4 確定牙型曲線分割變量的取值范圍

為方便加工，選擇自右向左車削，因此式(1)中Z的取值范圍為2～-2，而X則按式(2)隨Z變化:

3．5 宏程序變量分配

宏程序變量分配:#1表示圓弧上分割點(diǎn)的Z坐標(biāo)，#2表示圓弧上分割點(diǎn)的X坐標(biāo)。

3．6 圓弧螺紋宏程序

采用等間距法編制的圓弧螺紋宏程序如下:#1=2;變量Z初值

WHILE［#1GE［-2］］;當(dāng) Z≥ -2時(shí)，執(zhí)行循環(huán)體程序，否則跳出循環(huán)向后執(zhí)行

#2=SQRT［2．5*2．5-#1*#1］;按式(2)計(jì)算出隨Z變化的X值

G01X35Z［6+#1］F200;1倍螺距處作為螺紋切削循環(huán)起點(diǎn)

G82X［33-2*#2］Z-34F6;螺紋切削循環(huán)，轉(zhuǎn)換為加工坐標(biāo)系的坐標(biāo)，33為圓心直徑

#1=#1-0．1;Z軸等間距分割的間距取0．1 ENDW

3．7 加工結(jié)果

程序在CK6136數(shù)控車床上的運(yùn)行結(jié)果如圖3。

圓弧牙型螺紋加工實(shí)物照片

4 結(jié)語

在異型螺紋的宏程序編程過程中，正確獲得螺紋牙型曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式是編程的關(guān)鍵;其次確定曲線表達(dá)式的等間距分割變量及取值范圍，并按牙型曲線的坐標(biāo)系編程;最后轉(zhuǎn)換成加工坐標(biāo)系的螺紋加工程序。由上述兩例可知，此方法適用于各種圓柱面上的異型螺紋編程加工。

［1］ 李素娟．一種異型螺紋的車削方法［J］．包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010(4):9-10．

［2］ 滕 汶，楊曦祥．基于宏程序在異型螺紋加工中的應(yīng)用［J］．機(jī)械工程師，2010(9):73-74．

［3］ 唐曉震．異型螺紋橢圓牙型編程與加工［J］．金屬加工冷加工，2010(15):71-72．

［4］ 王曉莉，穆 瑞．應(yīng)用宏程序加工多線梯形螺放［J］．機(jī)械，2010(7):58-60．