基于宏程序的梯形螺紋數(shù)控車削加工方法研究

謝 超，房 菁

(合肥通用職業(yè)技術(shù)學(xué)院，合肥 230032)

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基于宏程序的梯形螺紋數(shù)控車削加工方法研究

謝 超，房 菁

(合肥通用職業(yè)技術(shù)學(xué)院，合肥 230032)

梯形螺紋是30度的螺紋牙型角，因其內(nèi)外螺紋以錐面配合所以緊固不易松動，常被用于傳遞動力。本文針對梯形螺紋加工中的技術(shù)難點，通過對梯形螺紋的工藝分析和加工要領(lǐng)的研討，并連系FANUC 0i系統(tǒng)宏程序的應(yīng)用，摸索出一種利用宏程序在數(shù)控車床上加工合格梯形螺紋的方式，經(jīng)現(xiàn)實生產(chǎn)驗證可行，也拓展了宏程序的應(yīng)用領(lǐng)域。

梯形螺紋；宏程序；數(shù)控車床；加工方式

1 引言

梯形螺紋被廣泛應(yīng)用在各種傳動中，用以傳遞準(zhǔn)確的動力和運動，特別在傳遞較大扭矩或大型設(shè)備中應(yīng)用較為廣泛，所以精度要求比較高。與三角螺紋對比，梯形螺紋牙形深度大，牙形角度小，而且與梯形螺母之間尚有一定的配合精度，所以加工較為困難。在批量不大的情況下梯形螺紋一般采取普通車床加工，但效率較低。批量比較大的情況下一般采用專用的設(shè)備，如旋風(fēng)銑。

用普通車床加工梯形螺紋時對機(jī)床操作者素質(zhì)要求較高，螺紋加工的質(zhì)量好壞與精度穩(wěn)定性受人為因素影響，這就對梯形螺紋提出了高效率高精度的制造要求。數(shù)控車床加工梯形螺紋的優(yōu)勢是有比較穩(wěn)定的加工性能、高效率、高精度。這就為梯形螺紋的車削加工提供了良好的加工基礎(chǔ)，但采取數(shù)控車床加工梯形螺紋也存在著一定的技術(shù)難度，一是加工梯形螺紋的數(shù)控編程較為復(fù)雜，二是對刀具要求高，三是梯形螺紋車削時，吃刀深，切削余量大，徑向抗力大，容易產(chǎn)生崩刀現(xiàn)象，導(dǎo)致工件報廢或刀具損壞。

本文針對數(shù)控車削加工梯形螺紋碰到的通用難點問題，通過對梯形螺紋的加工工藝及加工要領(lǐng)進(jìn)行分析，連系FANUC 0i系統(tǒng)宏程序的應(yīng)用進(jìn)行研究，摸索出一種利用螺紋加工指令和B類宏程序相結(jié)合的梯形螺紋數(shù)控車削加工方法，經(jīng)現(xiàn)實生產(chǎn)驗證切實可行。

2 梯形螺紋的加工工藝分析

2.1 梯形螺紋的加工方法

梯形螺紋的加工，通常采用材料為高速鋼的刀具進(jìn)行低速車削，加工方法常用以下四種進(jìn)刀方法，即：直切法、斜切法、左右切削法和車槽法。

(1)直切法

直切法切削梯形螺紋方法較為簡單，編程快捷適用于刀具材料和質(zhì)量都比較好且加工螺距P<5mm的梯形螺紋。加工時，車刀刀頭寬度應(yīng)與梯形螺紋底部槽寬相等，刀具沿橫向(X向)進(jìn)刀，車刀Z向不作運動，車刀間歇進(jìn)給至牙深處，如圖1(a)示。直切法在數(shù)控車床上可采用螺紋循環(huán)加工指令G92來實現(xiàn)，但是采取此方法加工梯形螺紋時，螺紋車刀的三刃均參與切削，導(dǎo)致排屑困難，切削力和切削熱陡然增加，刀尖磨損較快；當(dāng)?shù)都饨咏菁y槽底時，易產(chǎn)生扎刀、崩刀現(xiàn)象。

(2)斜切法

斜切法適用于加工5≤P<12的梯形螺紋。加工時，螺紋車刀沿牙型角方向斜切切削到牙型深處，如圖1(b)示。采用此種方法加工梯形螺紋時，螺紋車刀始終只有單邊刀刃參加切削，從而刀尖的受熱受力情況有所改善，排屑也比較順暢，在車削中不易引起“扎刀”現(xiàn)象。該方法在數(shù)控車床上可采用G76指令來實現(xiàn)。

(3)左右切削法

當(dāng)使用左右切削法加工時，刀具沿牙型外輪廓方向左右交替間隙切削至牙型深處，如圖1(c)示。此加工方法與斜切法有共同點，不同的是刀具兩個側(cè)刃交替切削，進(jìn)一步減少刀具受磨損的程度，并可衍生出中左右切削法。需指出的是此加工方法需用宏指令編程來實現(xiàn)。

(4)切槽法

切槽法適用于加工p≥8mm以上的梯形螺紋。這種切削方式是先用切槽刀開粗，然后用梯形螺紋刀精加工螺紋的兩個側(cè)面，如圖1(d)示。由于對刀、換刀等在實際加工中難度加大，因此這種方法的編程與加工在數(shù)控車床上較難實現(xiàn)。

圖1 梯形螺紋的加工方法

2.2 梯形螺紋加工方法的優(yōu)化

對以上四種螺紋加工方法進(jìn)行分析研究可以看出，除直切法外，其他三種螺紋車削方法在一定程度上都盡可能減少或避免三刃同時切削，這使刀尖受力得到改善，排屑較為順暢，很大程度上避免了出現(xiàn)振動和扎刀現(xiàn)象，提高了刀具切削參數(shù)，確保梯形螺紋的表面加工質(zhì)量。但是要熟練掌握以上三種車削方法比較困難，操作也十分繁瑣，故該方法有待于簡單化、易操作。為了提高表面質(zhì)量和加工效率，采取左右切削法和直切法相結(jié)合形成的“分層切削法”進(jìn)行梯形螺紋加工，能極大地改善梯形螺紋加工中所出現(xiàn)的上述問題。

分層切削法在車削梯形螺紋時不宜一次性就把梯形牙槽切削加工出來，而是把牙槽形狀按照螺紋的牙型深度分成若干層，從而減少了螺紋車削時的切削力。每一層的切削都采用先直切后，再在同一深度沿牙型角方向依次使用兩邊兩個側(cè)刃車削的方式，由于兩側(cè)刃切削時螺紋牙槽深度不變，車刀只需做先左，后右的縱向(Z向)進(jìn)給即可。如圖2所示，隨著切深的增加，層間厚度不斷減小，切削時采用a、b、c排列順序加工。所以，分層法不會出現(xiàn)扎刀及振動等不利因素，此法在蝸桿或大螺距螺紋加工中其優(yōu)點尤為突出。

圖2 分層左右借刀法車削梯形螺紋示意圖

3 梯形螺紋的尺寸計算

3.1 梯形螺紋的基本尺寸計算

梯形螺紋的基本尺寸計算公式如下：

牙型角：α=30°

螺距：P

外螺紋：螺紋大徑d(公稱直徑)

螺紋中徑：d2=d-0.5P

螺紋小徑：d1=d-2h3

牙高：h3=0.5P+ac

牙頂寬：f=0.366P

牙槽底寬：w=0.366P-0.563ac

以如圖3示軸類零件右端的Tr40×6梯形螺紋為本文加工實例，其各部分尺寸計算為：

圖3 加工實例

牙型角：α=30°

螺距：P=6

螺紋大徑：d=40

牙高：h3=0.5P-ac=0.5×6+0.5=3.5

螺紋小徑：d1=d-2h3=40-2×3.5=33

牙槽底寬：w=0.366P-0.563ac=0.366×6-0.563×0.5=1.93

3.2 梯形螺紋的左、右借刀量計算

高速鋼梯形螺紋粗車刀刀頭寬度應(yīng)小于牙槽底寬W(W=1.93)，刀頭寬度取1.3mm左右。左(右)移刀量=tan15°×(牙高-當(dāng)前層背吃刀量)+(牙槽底寬-刀頭寬度)/2。

4 梯形螺紋的宏程序編制

4.1 變量的使用

數(shù)控系統(tǒng)的宏程序允許在編程時進(jìn)行變量設(shè)置，對變量進(jìn)行算術(shù)運算和邏輯運算、在程序中進(jìn)行條件轉(zhuǎn)移和循環(huán)操作，控制刀具加工出形狀復(fù)

雜的零件。

本例中加工梯形螺紋的變量如表1所示，首先按照圖紙尺寸填寫表中的螺紋尺寸參數(shù)變量，然后結(jié)合工藝條件選取切削加工參數(shù)變量并填入表1中對應(yīng)各欄。

表1 變量及其含義

4.2 宏程序及說明

數(shù)控車床：CAK 6136(沈陽機(jī)床廠)，數(shù)控系統(tǒng)：FANUC 0i mate TD

編制Tr40×6梯形螺紋的加工宏程序如表2所示。

表2 宏程序及說明

4.3 注意事項

(1)為保障加工質(zhì)量梯形螺紋加工時需實時測量及時修改程序里的宏參數(shù)來控制加工精度。

(2)當(dāng)調(diào)整切削用量或調(diào)更換刀具時，只需改變程序體中#4、#5等參數(shù)的值即可。

(3)當(dāng)加工不同規(guī)格(螺距)的梯形螺紋時，只需改變宏程序中G92后的X、Z等參數(shù)的值便可。

(4)由于用高速鋼刀具進(jìn)行低速切削，需控制主軸轉(zhuǎn)速(s)不能過高，整個切削過程中打開切削液。

5 結(jié)論

在工廠批量生產(chǎn)中運用宏程序編程采用分層法數(shù)控車床加工梯形螺紋或蝸桿，大大提高了加工效率，同時也節(jié)省刀具的損耗，并能夠穩(wěn)定加工精度。此種加工方法不僅僅適用于梯形螺紋及蝸桿的加工，對具有同軸螺旋特征的旋轉(zhuǎn)類零件也有一定的加工參考價值。

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A Study on Trapezoidal Thread Turning Processing Method Based on NC Macro Program

XIE Chao, FANG Jing

(Hefei Institute of General Professional Technology, Hefei 230032, China)

Trapezoidal thread has 30 degrees thread profile angle with its internal and external thread so that the cone is fastened and is not easy to be loose. Therefore, it has often been used to transmit power. This paper analyses technical difficulties, essentials and gist in trapezoidal thread processing through process through research and discussion, and associates with a macro program application FANUC 0i system, to explore a way to use the macro program in CNC lathe qualified trapezoidal thread. This method has been proved feasible has also helped expanding the application fields of macro program.

trapezoidal thread; micro program; numerical control lathe; processing method

2016-07-08

安徽省高等學(xué)校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程項目—省級教學(xué)研究項目《基于CDIO模式的<數(shù)控加工技術(shù)>課程教學(xué)改革研究》(2014jyxm567)

謝 超(1977-)，男，安徽淮南人，副教授，碩士，研究方向為數(shù)控加工技術(shù)、CAD/CAM應(yīng)用技術(shù)。

TG519.1

A

1674-344X(2016)08-0028-04

房 菁(1982- )，女，安徽黃山人，講師，碩士，研究方向為機(jī)電一體化技術(shù)、CAD/CAM軟件應(yīng)用。