華中數(shù)控系統(tǒng)變螺距螺紋車削加工程序設(shè)計

沈 羽，王西建

（河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院，河南平頂山 467000）

0 引言

變螺距螺桿在工業(yè)生產(chǎn)中用途十分廣泛，但是變螺距螺桿螺紋的加工卻是個難題，普通設(shè)備很難或者根本沒法加工。CAD/CAM自動編程軟件能自動生成G代碼，可是通用性不強，程序調(diào)整、修改不方便。發(fā)那科數(shù)控系統(tǒng)、西門子數(shù)控系統(tǒng)均提供了變螺距螺紋切削指令，而華中數(shù)控系統(tǒng)目前沒有提供相應(yīng)指令，這給在華中數(shù)控系統(tǒng)車床上加工變螺距螺紋帶來了很大不便。現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)都具有強大的宏程序功能，利用宏程序強大的變量設(shè)置、邏輯判斷和程序控制功能，可以方便地去控制復(fù)雜螺紋的加工。利用華中數(shù)控系統(tǒng)中的宏程序功能，結(jié)合華中數(shù)控系統(tǒng)的G32螺紋車削指令，設(shè)計編寫出了變螺距螺桿螺紋加工的宏程序模板，解決了變螺距螺桿螺紋的加工這一難題。

1 變螺距螺紋分析

常見的變螺距螺紋螺距變化符合等差級數(shù)規(guī)律，沿著螺旋線方向逐漸增大或減小，螺距值不定。勻變螺距螺紋有等槽寬變螺距螺紋和等牙寬變螺距螺紋兩種類型，如圖1和圖2所示。從數(shù)學(xué)知識可知，第n節(jié)螺紋的螺距：Pn=P1+（n-1）ΔP，其中P1為螺紋初始螺距，ΔP為螺距變化。螺紋總長Ln=P1+P2+P3…+Pn=nf1+n（n-1）ΔF/2。Fanuc數(shù)控系統(tǒng)提供了變螺距螺紋切削指令G34，而華中數(shù)控系統(tǒng)沒有變螺距螺紋切削指令，目前華中數(shù)控車床提供的螺紋編程指令有螺紋車削單一固定循環(huán)指令G82、螺紋車削復(fù)合固定循環(huán)指令G76和單行程螺紋車削指令G32等3種。G32螺紋車削配合宏程序指令可以完成變螺距螺紋的加工。

2 變螺距螺桿加工工藝分析

圖1所示為等槽寬變螺距螺桿，現(xiàn)僅分析變螺距螺桿螺紋部分的加工工藝與程序編制。

（1）工件的裝夾。螺桿類零件通常徑向尺寸相對較小，軸向尺寸相對較長，車削加工時工件剛性差，易發(fā)生彎曲、震動，影響加工質(zhì)量。加工時要確保零件有足夠的裝夾強度，所以裝夾時一般采取一夾一頂?shù)难b夾方法。

圖1 等槽寬變螺距螺桿

圖2 等牙寬變螺距螺紋

（2）加工方法。變螺距螺紋一般具有牙型深、寬度大、螺距大等特點。在螺紋車削過程中，切削余量和切削抗力也比較大。隨著車削深度的不斷加深，螺紋刀與螺紋兩側(cè)面接觸面積逐漸增大，加工會越來越難，輕則產(chǎn)生顫動，縮短車床和刀具的使用壽命，甚至出現(xiàn)扎刀、崩刃、斷刀等，損壞工件。為了解決可能出現(xiàn)的這些現(xiàn)象，在加工過程中可采取分層車削和每層左右切削的方法，從而有效解決大螺距、較深螺紋車削時刀具受力過大的問題。車削螺紋時，將螺桿的牙槽按一定的深度和寬度分成若干層，逐層地進(jìn)行切削。即便螺紋的牙槽很深，但是切削力基本相同。對于每一層，使用寬度較窄的牙型合適的螺紋車刀，先從螺紋牙型中間橫向下刀切至一定深度，車削螺紋，然后再左右兩邊縱向進(jìn)給車削至需要保留的精加工余量，接著再進(jìn)一層，再從螺紋牙型中間橫向下刀車削，如此反復(fù)直至牙槽底部。

采用分層車削，每層左右切削法車削變螺距螺紋，每次切削時必須改變螺距和相應(yīng)的起刀點位置。粗車后表面粗糙度值較高，根據(jù)需要和切削余量可進(jìn)行精車加工。

（3）刀具的選用。應(yīng)根據(jù)不同的切削要求和螺紋牙型、粗精加工要求，選擇不同形狀和尺寸的刀具。本例中螺紋牙型為矩形，牙槽寬為10 mm，故選用刀具寬度為4 mm的槽刀。第一個螺距20 mm，從坐標(biāo)系零點的螺距實際是F=20-10=10 mm，考慮到螺紋導(dǎo)入距離，選擇切削起點距離右端螺紋端面5 mm，每螺距的變化量為10 mm。

（4）走刀路線與加工流程圖。本例采用直進(jìn)式分層車削，在對螺紋進(jìn)行車削時分成10層，而每層又分成7刀進(jìn)行加工，螺紋牙中間1刀，左右各3刀，走刀路線如圖3所示。以螺紋小徑作為分層切削的臨界條件，以螺紋每層左右切削次數(shù)和螺紋長度作為螺紋連續(xù)切削的條件來進(jìn)行宏程序的編制，程序設(shè)計流程如圖4所示。

圖3 走刀路線

圖4 加工程序流程

3 變螺距螺紋加工宏程序設(shè)計

O1234；//程序號 （FANUC 0i，//后文字內(nèi)容為本例程序解釋）

T0303； //調(diào)用螺紋車刀

M03S100； //主軸低轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)，右旋螺紋

#1=140.0； //螺紋大徑D

#2=120.0； //螺紋小徑d

#3=-270.0； //螺紋長度，螺紋終點Z坐標(biāo)

#5=10.0； //每螺距變化量ΔP

#6=10.0； //牙寬

#7=4.0； //刀寬

#8=10； //X向切削分層數(shù)

#9=[#1-#2]/#8；//X向每層切深，直徑值

#10=3； //每層左右切削次數(shù)初始值

#11=#6-#7； //Z向左右切削移動總量

#12=#11/#10； //Z向左右切削每次移動量

#13=#1+5.0； //螺紋車刀X向快速定位值

#14=5.0； //切削起點距離螺紋起始端面5 mm

#15=#12； //Z向左右切削移動變量初始值

G64； //連續(xù)切削功能

G00X#13； //刀具X向快速定位

G00Z#14； //刀具Z向快速定位

WHILE[#1GT#2]； //螺紋深度切削循環(huán)判別

G00X[#1-#9]； //到達(dá)切削層

WHILE[#10GT0]；//每層左右切削次數(shù)判別

G00Z#14； //到達(dá)螺紋切削起點

#4=10.0； //螺紋起點螺距P

G32X[#1-#9]Z0F#4；//從 Z5到Z0，螺距為10，進(jìn)入螺紋切削狀態(tài)，保持切削平穩(wěn)性

#16=0； //螺紋長度，初始值為0

WHILE[#3LT#16]； //螺紋長度判別

#4=#4+#5； //螺紋螺距遞增

G32X[#1-#9]W[-#4]F#4； //切削螺紋中間

#16=#16-#4； //螺紋長度遞增

ENDW； //循環(huán)結(jié)束

G00X#13； //刀具在X方向回退

G00Z#14； //刀具在Z方向回退

G00W#15； //螺紋切削起點偏移

#4=10.0； //螺紋起點螺距P

G32X[#1-#9]Z[0+#15]F#4；//從 Z[5+#15]到 Z[0+#15]，螺距為10，進(jìn)入螺紋切削狀態(tài)，保持切削平穩(wěn)性，切右側(cè)螺紋

#16=0； //螺紋長度初始值

WHILE[#3LT#16]； //螺紋長度判別

#4=#4+#5； //螺紋螺距遞增

G32X[#1-#9]W[-#4]F#4； //螺紋切削

#16=#16-#4； //螺紋長度遞增

ENDW； //循環(huán)結(jié)束

G00X#13； //刀具在X方向回退

(3)師資隊伍結(jié)構(gòu)不合理，青年教師缺乏成長機會。由于獨立學(xué)院師資隊伍的結(jié)構(gòu)不合理，沒有形成合理的“老、中、青”教師梯隊，使得科研和教學(xué)工作中的 “傳、幫、帶” 團隊效應(yīng)大大削弱。同時，由于獨立學(xué)院建校時間短，科研基礎(chǔ)薄弱，加上缺少科研政策扶持、資金投入和正確引導(dǎo)，獨立學(xué)院的教師取得科研立項的機會相對較少，參加國內(nèi)外重量級學(xué)術(shù)會議的機會也十分有限，青年教師缺乏個人成長的機會，進(jìn)一步加大了師資隊伍的不穩(wěn)定性。

G00Z#14； //刀具在Z方向回退

G00W[-#15]； //螺紋切削起點偏移

#4=10.0； //螺紋起點螺距P

G32X[#1-#9]Z[0-#15]F#4； //從 Z[5-#15]到 Z[0-#15]，螺距為10，進(jìn)入螺紋切削狀態(tài)，保持切削平穩(wěn)性，切左側(cè)螺紋

#16=0； //螺紋長度，初始值為0

WHILE[#3LT#16]； //螺紋長度判別

#4=#4+#5； //螺紋螺距遞增

G32X[#1-#9]W[-#4]F#4； //螺紋切削

ENDW； //循環(huán)結(jié)束

G00X#13； //刀具在X方向回退

G00Z#14； //刀具在Z方向回退

#15=#15+#12； //Z向左右切削移動量遞增#10=#10-1;//每層左右切削次數(shù)遞減

ENDW； //循環(huán)結(jié)束

#1=#1-#9； //螺紋切削深度遞增

ENDW； //循環(huán)結(jié)束

G00X100.0Z100.0M09； //退刀，切削液關(guān)

M05； //主軸停

M30； //程序結(jié)束返回

4 結(jié)語

在華中數(shù)控HNC-21/22T機床上，通過對加工過程進(jìn)行驗證分析，結(jié)果表明：該例中工藝方案和編程思路能適用于普通螺紋、梯形螺紋、矩形螺紋等不同類型、不同增量的可變螺距螺紋的加工。對于變螺距普通螺紋、梯形螺紋、圓弧螺紋等的加工，只需根據(jù)螺紋牙型對相應(yīng)變量賦值，正確表達(dá)程序中刀具Z向進(jìn)刀后所得的X坐標(biāo)表達(dá)式即可。

[1]程智.變螺距螺桿在華中數(shù)控系統(tǒng)上的宏程序車削編程[J].電子世界，2012（10）：31.

[2]何金芬.變螺距螺紋的數(shù)控加工[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2013（1）：176-177.

[3]張鑫，趙春梅.華中數(shù)控車床變螺距螺紋程序的編制[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010（5）：10.

[4]魯淑葉.基于華中數(shù)控系統(tǒng)變螺距螺紋指令的開發(fā)[J].機械工程師，2011（11）：63-64.

[5]謝曉紅.變螺距螺桿加工的通用宏程序設(shè)計[J].機械設(shè)計與制造，2016（2）：117-119.

[6]盧偉燎.變螺距螺紋的數(shù)控車削加工[J].機電工程技術(shù)，2012（2）：39-42.

[7]潘應(yīng)暉.變螺距螺紋數(shù)車編程[J].四川理工學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2010（4）：227-230.