陸霞　馬軍

摘 要：如何利用數(shù)控車床實(shí)操中異型牙螺旋線的編程和加工，并且用函數(shù)形式表達(dá)工件的曲面和輪廓，已經(jīng)成為了現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的重要方法和主要功能，它也將成為數(shù)控加工、生產(chǎn)中的難點(diǎn)和技能大賽的重點(diǎn)。簡(jiǎn)要分析和研究了數(shù)控車實(shí)操中異型牙螺旋線的編程和加工。

關(guān)鍵詞：數(shù)控車；異型牙螺旋線；編程；數(shù)控加工

中圖分類號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.04.108

在數(shù)控車床的加工過(guò)程中，其主要對(duì)象為多種類型的回轉(zhuǎn)面——錐面、圓柱面、球面和圓弧面的加工，可以選用圓弧插補(bǔ)和直線插補(bǔ)的指令來(lái)完成實(shí)際的加工。但是，對(duì)于拋物線和橢圓等非曲面的回轉(zhuǎn)體，加工存在一定的難度。數(shù)控機(jī)床本身自帶的插補(bǔ)方式不能對(duì)非圓形曲面回轉(zhuǎn)體加工，所以，在數(shù)控車床實(shí)際操作過(guò)程中，采用對(duì)拋物線和橢圓分段的逼近法編制程序。對(duì)于螺距比較大的螺紋，應(yīng)該充分考慮刀具和機(jī)床的性能，不然就很容易出現(xiàn)扎刀和悶車的問(wèn)題。

1 零件圖形分析

1.1 分析零件形狀

圖1為該零件的形狀。在零件的外圓加工1條異形螺紋，該螺紋是長(zhǎng)軸為4.5 mm、短軸為3.5 mm的橢圓。該橢圓的方程式為：

.

該橢圓是圍繞著10 mm螺距螺旋制成的。

1.2 分析橢圓牙型螺紋的尺寸

在加工螺紋時(shí)要注意，在起始和結(jié)束兩端給刀具留出升速和降速的空隙，所以，起初把刀具起刀點(diǎn)偏出工件編程零點(diǎn)一定的距離，當(dāng)出現(xiàn)一定的偏移時(shí)，放大牙型局部零件圖，根據(jù)橢圓方程建立橢圓坐標(biāo)系。已知A到原心O點(diǎn)的距離是-2，由此可以計(jì)算得出橢圓O處在工件坐標(biāo)系的坐標(biāo)值，結(jié)果顯示起點(diǎn)為3.693 mm，終點(diǎn)為-3.693 mm，進(jìn)而得出橢圓中心點(diǎn)的坐標(biāo)為（64，5）.

2 加工刀具的選擇

從圖1中可以看出，選擇橢圓弧形成形刀具來(lái)加工最適合，其前提是圓弧和橢圓要完全吻合，但是，制造這種刀具是非常困難的，而且對(duì)精密度的要求極高，所以，不建議使用。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，選擇刀尖角為35°、主偏角為72.5°、主后角為6°～8°、半徑為0.2 mm的圓弧尖刀來(lái)加工。

3 編程思路

如圖1所示，螺紋按照截面形狀可以大致分為30°梯形螺紋、鋸齒形螺紋、60°三角形螺紋和矩形螺紋等。這些螺紋的牙型都是標(biāo)準(zhǔn)值，采用常用成型刀加工即可。而異形螺紋牙型沒(méi)有規(guī)則，尤其是橢圓形螺紋，只能編輯宏程序加工。在加工時(shí)，所使用的尖刀的刀尖角為35°，并且尖刀既能按照螺紋規(guī)律車出螺紋，又可以按照橢圓形狀運(yùn)動(dòng)。在編程時(shí)，一定要注意橢圓形狀變化的關(guān)系，列出關(guān)系式并采用宏程序編程。數(shù)控機(jī)床通常提供圓弧和平面直線插補(bǔ)功能，通過(guò)異型螺紋截面，根據(jù)螺距和牙型角確定方程，然后將平面輪廓平均分割成若干個(gè)小段。在編程時(shí)，通過(guò)建立加工輪廓的節(jié)點(diǎn)和基點(diǎn)數(shù)學(xué)模型，依靠CNC精密度的數(shù)據(jù)計(jì)算和處理，立刻計(jì)算出加工節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，從而控制加工過(guò)程中的具體情況。

4 編程與加工

利用陰影部分可以把平面分成許多個(gè)小段，也就是指需要被切除的部分。在選擇刀具時(shí)要注意角度問(wèn)題，為了避免在加工過(guò)程中出現(xiàn)干涉問(wèn)題，所以，應(yīng)該選用刀尖角為55°或外圓車刀為35°的刀具。在削切時(shí)，因?yàn)榉旨庸ぢ菥噙_(dá)到10 mm，使得刀具承受的阻力相對(duì)比較大，所以，對(duì)刀具和車床的要求也相對(duì)比較高。而機(jī)床的速度可以選擇為300 r/min左右，在實(shí)際加工過(guò)程中，在調(diào)整外圓X的余量磨耗時(shí)，需要分三次進(jìn)行，第一次需要加工1.6 mm，第二次需要加工1 mm，第三次需要加工0.4 mm。在第三次加工過(guò)程中，應(yīng)該執(zhí)行進(jìn)刀加工，減小歩距，降低表面粗糙程度。

5 精度控制

為了確保零件的加工精度，工件對(duì)刀時(shí)，X向留出約0.3 mm的余量。車完螺紋后，用游標(biāo)卡尺測(cè)量，通過(guò)磨耗修調(diào)尺寸，進(jìn)而達(dá)到要求的精度。

6 加工過(guò)程中的注意事項(xiàng)

車切螺紋時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為：

.

式（2）中：v為允許通過(guò)的最大運(yùn)轉(zhuǎn)速度；L為螺紋螺距；n螺為主軸轉(zhuǎn)速。

依據(jù)機(jī)床的實(shí)際情況，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整布距和切深，以適應(yīng)刀具的性能，最大限度地發(fā)揮刀具的作用。實(shí)驗(yàn)證明，在異型牙螺旋線的編程和加工過(guò)程中，加工過(guò)程是可行的。在合理地分析工件的零件圖形后，選擇正確的刀具，并設(shè)計(jì)出科學(xué)的編程思路。在加工異型牙螺旋線時(shí)要特別注意一些問(wèn)題，以便能夠最大限度地提高工件的性能。

7 結(jié)束語(yǔ)

上述內(nèi)容是異型螺紋橢圓牙型螺紋的編程、加工和精度控制。通過(guò)這種編程思路能延伸出各類形狀的螺紋編程，比如圓弧螺紋、拋物線螺紋都屬于二次函數(shù)曲線螺紋和正、余弦線螺紋等三角函數(shù)曲線螺紋。只要在編程時(shí)將上述提到的橢圓函數(shù)表達(dá)式變更為圖紙要求的相應(yīng)函數(shù)表達(dá)式即可，通過(guò)計(jì)算得出起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)值，相應(yīng)的程序編制就完成了。與橢圓螺紋加工一樣，需要利用尖形車刀加工，這樣可以有效防止加工過(guò)程中工件和刀具之間產(chǎn)生的干涉。異形螺紋編程是通過(guò)變量設(shè)置宏程序，有效地簡(jiǎn)化復(fù)雜形狀零件的數(shù)控編程計(jì)算，進(jìn)而減少刀具的投入。這是因?yàn)槠渫ㄓ眯暂^強(qiáng)，所以，在實(shí)際加工中非常實(shí)用。

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〔編輯：白潔〕