馬建忠，馬志新

（南通航運職業(yè)技術學院 機電系，江蘇 南通 226010）

0 引言

隨著數(shù)控技術的普及與發(fā)展，數(shù)控加工及數(shù)控技能大賽中工件車削的難度越來越大，形狀也更復雜，螺紋也出現(xiàn)了多樣化，傳統(tǒng)的三角螺紋、梯形螺紋衍生出圓弧形螺紋、橢圓形螺紋等各類異形螺紋。[1]而此類螺紋用成型刀車削不太現(xiàn)實，一般采用擬合法加工。擬合法是用許多小線段來代替圓弧，線段越短，精度越高。[2]本文將運用擬合法理論，結(jié)合宏程序編程方法來探討橢圓牙形變節(jié)距螺紋的數(shù)控車削加工。

1 變節(jié)距橢圓牙形螺紋結(jié)構(gòu)及加工難點分析

1.1 變節(jié)距橢圓牙形螺紋結(jié)構(gòu)

圖1所示為變節(jié)距橢圓牙形圓柱螺紋，該螺紋的牙形是橢圓，橢圓的大小取決于橢圓的長軸a和短軸b，牙槽等寬而螺距逐漸增大。其主要參數(shù)為：

（1）牙槽寬——螺紋大徑處橢圓弦長，小于或等于橢圓長軸長度，且各牙槽等寬。

（2）螺距——橢圓螺紋上相鄰兩牙對應點之間的軸向距離。而變節(jié)距橢圓牙形螺紋的螺距是由第一牙與第二牙對應點之間的軸向距離來度量，如圖1中L所示。

（3）螺距增量——變節(jié)距橢圓形螺紋兩牙之間距離是變化的，螺距增量是相鄰兩牙螺距之差。第一牙是L，第二牙是L+△1直到最后牙是L+△n，相鄰兩牙螺距可增大或減小。

圖1 變節(jié)距橢圓牙形圓柱螺紋示意圖

1.2 加工難點分析

單獨橢圓或變節(jié)距螺紋可直接編制宏程序加工，但變節(jié)距橢圓牙形螺紋既要車出橢圓牙形又要保證螺距，且需考慮切深。要找出這幾點之間的關系，就需要利用多重宏程序嵌套編程加工。

一般成型刀的形狀沒有與所需弧形吻合，可以用35°偏刀或其他尖頭刀加工，即可達到刀具后角不與已加工橢圓牙形產(chǎn)生干涉的效果。零件的一次加工余量如果比較大，會使螺紋牙底較深。并且一次切削會加大刀具與工件的接觸面，工件會產(chǎn)生振動，致使刀具磨損甚至損壞，從而影響所加工工件的質(zhì)量，所以應采用逐次分層擬合加工。

2 基于擬合法的變節(jié)距橢圓牙形螺紋加工分析

2.1 橢圓牙形螺紋分層擬合加工

加工曲線不管有多復雜，都可等分為許多小線段，通過線段擬合曲線，這就是擬合法加工的精髓。橢圓牙形異形螺紋每個小線段的起始點與終點在數(shù)控車床工件坐標系中的位置為X和Z，通過橢圓方程式（1）可以找到兩者之間的關系。橢圓在工件坐標系的示意圖如圖2所示。

圖2 橢圓在工件坐標系的示意圖

通過設置自變量（如Z坐標）和因變量（如X坐標）就可得出橢圓曲線上各點的坐標，為逐次分層擬合加工做好刀位點數(shù)據(jù)的準備。

變節(jié)距橢圓牙形螺紋的逐次分層擬合加工的原理圖如圖3所示。所示兩層之間的距離為每次切削深度，每層軌跡為螺旋線11、22……nn。每一層由許多線段擬合為橢圓，第一層1點為起始點，開始第一條變節(jié)距螺旋線加工，刀具回起始點后再次計算并定位于2點，開始加工第二條變節(jié)距螺旋線，重復計算與加工直至n條變節(jié)距螺旋線，最終擬合出加工輪廓，切削形成所需的橢圓牙形。每層擬合線段越多，加工精度越高。當余量較大時需分層加工，每層相應的起始點位置都是變化的，第一層加工結(jié)束后刀具移動到第二層起始點位置并加工，利用以上闡述的擬合原理加工出此層輪廓，依據(jù)實際所需分為n層，逐次擬合加工直至最終輪廓。

圖3 擬合法加工原理圖

2.2 G34變節(jié)距螺紋加工指令介紹

以FANUC數(shù)控車床系統(tǒng)為例，其提供了車削變節(jié)距螺紋的功能指令G34，用于加工槽寬相等但螺距逐漸變化的螺紋。但隨機床附帶的操作說明書中對G34指令的使用一般未有具體說明，特在此詳細介紹其參數(shù)和使用方法，舉例如下。[3]

例：G34Z-50F6K1

G34——可變節(jié)距螺紋切削；

Z-50——車削螺紋終點位置；

F6——導程（單頭螺紋指螺距）為6mm；

K1——導程增量，每轉(zhuǎn)一圈導程增加1，即主軸旋轉(zhuǎn)一圈，導程由6逐漸變?yōu)?、8、9……如果是-1，每轉(zhuǎn)一圈導程減小1，即導程由6逐漸變?yōu)?、4、3……

3 實例編程

變節(jié)距橢圓螺紋加工零件實例圖如圖4所示，橢圓長軸為6mm，短軸為4mm，螺紋第一螺距為7，以每螺距1mm增加。該零件無法用普通螺紋程序直接編寫，需要依據(jù)橢圓公式設置變量，運用宏程序及其嵌套編制數(shù)控加工程序，并根據(jù)逐次分層擬合法進行數(shù)控加工。實際加工中，為實現(xiàn)高精度的加工，在必要的時候還需通過修改磨耗保證加工質(zhì)量。

圖4 變節(jié)距橢圓螺紋加工實例

編制程序（含注釋）如下：

T0101S300M03（35度偏刀）

G99

G00X35Z10

#6=32（粗加工時橢圓中心在X方向坐標）

#1=3（橢圓長半軸）

#2=2（橢圓短半軸）

N2#3=3（Z軸空刀導入量）

N1#4=2*SQRT[1-#3*#3/9]

#5=#6-2*#4（X軸坐標）

G00X#5Z[#3+3]

G34Z-45F5K1（變節(jié)距螺紋加工）

G00X40

Z10

#3=#3-0.1

IF[#3GE-3]GOTO1（判斷當前加工層Z≥-3，橢圓未擬合加工完畢執(zhí)行N1）#6=#6-0.5（下一層深度計算）

IF[#6GE31]GOTO2(判斷當前加工深度≥31，執(zhí)行N2進行下一層切削)

G00X100Z100M05

M30

根據(jù)以上編制的宏程序，我們成功進行了變節(jié)距橢圓異形螺紋零件的加工實踐，最終的加工零件實物圖如圖5所示：

圖5 變節(jié)距橢圓螺紋零件實際加工圖

4 結(jié)束語

隨著時代的進步，產(chǎn)品的升級換代，對數(shù)控加工技術提出了越來越高的要求。本文所提出的基于宏程序的變節(jié)距異形螺紋數(shù)控制車削加工設計，經(jīng)實踐表明，該設計使用逐次分層擬合加工法原理，并利用宏程序及其嵌套編制變節(jié)距橢圓牙形螺紋數(shù)控加工程序，可以簡化程序、工序，提高效率，使刀具更具有通用性，從而實現(xiàn)高質(zhì)量地加工。

[1]安麗萍.宏程序在車削橢圓面上螺旋槽時的應用[J].機床與液壓,2013(10):175-176.

[2]袁名偉,吳立國.多區(qū)間宏程序嵌套在數(shù)控切削特種螺紋中的應用[J].現(xiàn)代制造工程,2011(6):33-35.

[3]嚴帥.數(shù)控車加工技術[M].上海:上?？茖W技術出版社,2011.