孫元平

(江蘇省興化中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 泰州 225700)

曲面異形螺紋加工實(shí)例詳解

孫元平

(江蘇省興化中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 泰州 225700)

異形螺紋加工是數(shù)控車技能大賽中的難點(diǎn)，現(xiàn)針對(duì)一則典型的含異形螺紋結(jié)構(gòu)的工件作出分析，詳細(xì)地論證了在曲面上加工異形螺紋的方法。

異形螺紋；加工；圓弧；插補(bǔ)擬合點(diǎn)

0 引言

近年來，數(shù)控車削技能大賽中，經(jīng)常出現(xiàn)異形螺紋加工的題型，而這類結(jié)構(gòu)加工編程時(shí)既不能直接使用螺紋循環(huán)指令，也不方便使用CAM軟件自動(dòng)生成G代碼，下面就一種圓弧輪廓上加工圓弧螺紋的異形螺紋實(shí)例進(jìn)行編程加工分析。

如圖1所示，異形螺紋分布在半徑43.5 mm的凹圓弧輪廓面上，并且螺紋牙型形狀是直徑4.5 mm的凹圓弧，導(dǎo)程為5 mm，單線螺紋，牙型深度為1 mm，螺紋長度為30 mm。對(duì)于這種螺紋的加工方法，筆者試做如下探討。

圖1 零件圖

1 編程思路

大圓弧面上的小圓弧螺紋，刀具既要按R43.5 mm大圓弧的軌跡車螺紋，又要在大圓弧面上按φ4.5 mm的小圓弧運(yùn)動(dòng)。由于數(shù)控加工中所有曲線軌跡都是由直線擬合而成，所以我們要找出每個(gè)點(diǎn)的變化規(guī)律，也就是既要找出φ4.5 mm小圓弧圓心與R43.5 mm大圓弧的位置關(guān)系，又要找出φ4.5 mm小圓弧上某點(diǎn)與大圓弧的關(guān)系，并列出關(guān)系式，這里可以利用WHILE循環(huán)嵌套的方法解決問題，第一層運(yùn)算出刀具按小圓弧運(yùn)動(dòng)時(shí)的位置變化量，第二層計(jì)算出刀具按大圓弧運(yùn)動(dòng)時(shí)的坐標(biāo)位置，再對(duì)第一層的位置變化量進(jìn)行疊加，就得出各擬合點(diǎn)的坐標(biāo)，然后在該層中代入螺紋插補(bǔ)指令即可。

2 φ4.5 mm小圓弧上插補(bǔ)擬合點(diǎn)相對(duì)R42.25 mm圓弧位置關(guān)系

把小圓想象為一把成型刀，小圓成型刀“加工”螺紋槽時(shí)，其圓心的路徑是一個(gè)比大圓弧略小的大圓弧。根據(jù)小圓弧直徑φ=4.5 mm(半徑2.25 mm)，槽深1 mm可得，小圓的圓心比大圓弧“近”1.25 mm，即小圓圓心在半徑42.25 mm的圓弧上，如圖2所示。

圖2 R43.5 mm圓弧放大圖

由此，根據(jù)圓的參數(shù)方程X=2rsinθ，Z=rcosθ可知，小圓弧上插補(bǔ)擬合點(diǎn)相對(duì)于R42.25 mm(注意：編程時(shí)就以R42.25 mm大圓弧編程，原來的R43.5 mm大圓弧不再使用)大圓弧的位置增量為ΔX=4.5sinθ，ΔZ=2.25cosθ。如圖2所示，設(shè)起刀點(diǎn)處φ4.5 mm小圓圓心向右端面偏移3 mm，則小圓圓心在大圓弧坐標(biāo)系中Z=18 mm，畫Z=18 mm的垂線與大圓弧相交，交點(diǎn)即為起刀點(diǎn)小圓圓心，軟件查詢可求行此圓圓心標(biāo)坐為(43.552，-30)。

3 φ4.5 mm小圓弧起始角與終止角的確定

當(dāng)小圓弧圓心按大楕圓軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)，小圓與原大圓弧相交，如圖2所示，將交點(diǎn)與其圓心相連，該連線與水平線(Z軸)的夾角即為起始角θ1和終止角θ2，因?yàn)榉謩e在第4象限和第3象限，所以均為負(fù)值或取正值大于180°。根據(jù)圖2，小圓在X軸左、右兩邊時(shí)，起始角與終止角的大小是不同的。分析可知，起始角應(yīng)以圖2右側(cè)小圓為準(zhǔn)，終止角應(yīng)以圖2左側(cè)小圓為準(zhǔn)，這樣才能在加工時(shí)覆蓋所有的起始與終止段。繪圖，用軟件測(cè)量并取整后角度范圍是：-7°～-173°(或者353°～187°)。

4 參考程序(用35°外圓尖刀，磨耗補(bǔ)償法切出牙深)

%1

M3S600T0101G95

G64G0X45Z-28

#1=-7 小圓弧圓心起始角

WHILE #1GE[-173]

#2=2.25*SIN[#1*PI/180] 插補(bǔ)擬合點(diǎn)相對(duì)R42.25 mm圓弧X向增量值

#3=2.25*COS[#1*PI/180] 插補(bǔ)擬合點(diǎn)相對(duì)R42.25 mm圓弧增量值

G0X[43.552+2*#2]Z[-30+#3] 螺紋插補(bǔ)起刀點(diǎn)

#4=18WHILE#4GE[-18]

#5=-SQRT[42.25*42.25-#4*#4]

#6=2*[#5+60+#2]

G32X[#6]Z[#4+#3-48]F6 螺紋插補(bǔ)擬合

#4=#4-6

ENDW

G0X45

Z-28

#1=#1-3

ENDW

G0X100

Z100

M30

異型螺紋的種類還有很多，加工方法亦有很多，比如該題選用成型刀加工，則可大大降低編程的難度，但不具備通用性，如果選用半徑小于2.25 mm圓弧刀加工，則編程時(shí)又要重新考慮加工的刀具軌跡，但螺紋加工面的表面質(zhì)量將大幅提高，大家可以根據(jù)實(shí)際情況選擇相應(yīng)的方法。

5 結(jié)語

綜上所述，曲面上異形螺紋加工的編程有一定難度，產(chǎn)品本身沒有什么實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，但對(duì)學(xué)生宏程序的編寫有著很好的鍛煉價(jià)值，大多數(shù)學(xué)生不具備理解接受的能力，在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力分層教學(xué)。

[1]朱建中.應(yīng)用宏程序加工異形螺紋[J].廣西輕工業(yè)，2011(1)

[2]蔣子健.異形螺紋的加工方法[J].裝備制造技術(shù)，2011(2)

[3]徐冰川.淺談異形螺紋的編程與加工[J].科技信息，2012(24)

2014-11-03

孫元平(1978—)，男，江蘇興化人，中學(xué)一級(jí)，長期從事數(shù)控實(shí)踐性教學(xué)研究工作。