周維泉

北京南口斯凱孚鐵路軸承有限公司 北京 102202

1 序言

變螺距螺紋分等槽寬、等牙寬、槽和牙都不等寬三大類，其中第二大類用得最多，編程也最難。在塑料、橡膠和食品等行業(yè)中使用的各種類型擠出螺桿的外圓上，都有等牙寬變螺距螺紋。使用等牙寬變螺距螺紋的螺桿具有壓縮比大、壓縮均勻、出料連續(xù)性好等優(yōu)點。第一屆全國技能大賽國賽數(shù)控車項目的賽題中引入了這個要素，這是競賽題目與生產(chǎn)實際結(jié)合的有益嘗試。

2 真題分析

變螺距螺紋的編程和加工是數(shù)控車編程和加工的難點。迄今為止，用國內(nèi)、外自動編程軟件尚編不出車這類螺紋的精確程序，只能用手工編程。因此在這次大賽中，這個要素也是整道題中的難點。賽題有賽前公布的樣題和比賽用的真題兩種，真題中變螺距螺紋部分（見圖1）為等牙寬變螺距左旋螺紋，材質(zhì)為LY12，軸向牙寬（3±0.03）mm，槽左壁在螺紋左端面的螺距為8mm，往右每轉(zhuǎn)螺距增加（0.5±0.075）mm。

圖1 真題中變螺距螺紋部分

整體來說，等牙寬變螺距螺紋的編程比較復(fù)雜，但其中有一類（這一類在實際應(yīng)用中占比不?。┛梢杂煤喴椎姆椒▉砭幊毯筒僮?。這一類的條件為：螺距小的端面螺距的兩倍與螺距大的端面螺距之差不大于軸向牙寬。真題中的等牙寬變螺距螺紋正好屬于這一類，本文以此為例進行介紹。

3 簡易編程和操作

沿走刀方向選取兩個截面A和B，刀先到A面，后到B面，兩截面之間的距離為L。用F1、F2分別表示截面A、B的截面螺距，K表示主軸每旋轉(zhuǎn)一圈螺距的增加值（若為負則是減少值），則變螺距螺紋的公式為F22－F12=2LK，這個公式是解所有變螺距螺紋題的基礎(chǔ)。

第一步，畫出和延長變螺距螺紋的牙型截面圖，加標尺寸，如圖2所示。圖2是解此類題的關(guān)鍵，圖中的尺寸都是把已知條件代入公式后得出的。例如圖中右端面的“F11.045”是用L=58mm、F1=8mm、K=0.5mm代入公式得到的。

第二步，選用刃口4～5mm寬的左偏切槽刀（標準刀片外側(cè)應(yīng)磨出略大于螺紋螺旋升角的后角）。在軸向吃刀逐步加寬槽和徑向吃刀逐步加深槽這兩種方法中，選用后一種方法，因為標準可轉(zhuǎn)位切槽刀的切削刃是端頭平刃。注意不要用端頭刃口有角度的切斷刀。

圖2 牙型截面尺寸

走刀方向有從右往左和從左往右兩個方案。這里選用前者，主軸反轉(zhuǎn)。在臥式多工位刀架上（比賽所用刀架），刀片朝上裝；在立式四方刀架上，應(yīng)使用刀片朝下裝的Z形切槽刀（可用普通左偏切槽刀改制）。

第三步，確定第一排刀從第幾牙右起刀。由于右端面在第6牙右，所以首排應(yīng)從第8或第9牙右起刀。本文中選擇從第8牙右起刀，如圖3所示。將F1=12mm、F2=8mm、K=－0.5mm代入公式可得L=80mm，這樣就可得到首排刀（按發(fā)那科系統(tǒng)）程序內(nèi)G34中的“F12、K-0.5、Z-8”（此終止值可酌情選擇），以及G34的起始Z值，即G34上段中的“Z80”，從而編制出分別用于發(fā)那科系統(tǒng)和西門子系統(tǒng)的比賽加工的程序O65和PP65.MPF。此程序?qū)嶋H只車一排刀，即沿左槽壁車一條與切削刃同寬的螺旋槽。以螺紋左端面為Z=0平面，用左刃對刀。

圖3 車第一排刀示意

以發(fā)那科系統(tǒng)為例，加工程序O65如下。

O65

N02 #4=60; #4代表X向分刀數(shù)

N03 G54 S300 M04;

N04 T0101; 用1號刀補

N05 G00 X200 Z200;

N101 #10=50; #10代表X指令值，此賦初始值

N102 G00 Z80; 開始車左槽壁

N103 X#10;

N104 G34 Z-8 F12 K-0.5;

N105 G00 X100;

N106 #10=#10-8/#4;

N107 IF[#10 GE 42]GOTO 102;

N41 G00 X200 Z200 M05;

N42 M30;

以西門子系統(tǒng)為例，加工程序PP65.MPF如下。

PP65.MPF

N02 R4=60; R4代表X向分刀數(shù)

N03 G54 S300 M04

N04 T1 D1

N05 G00 X200 Z200

N101 R10=50; R10代表X指令值，此賦初始值

N102 MA1: G00 Z80; 開始車左槽壁

N103 X=R10

N104 G35 Z-8 K12 F0.5

N105 G00 X100

N106 R10=R10-8/R4

N107 IF R10＞=42 GOTOB MA1

N41 G00 X200 Z200 M05

N42 M02

第一排刀切去部分的示意如圖4所示。

比賽操作時，采用一夾一頂?shù)难b夾方式?？ㄗΧ嗣媾c螺紋左端面要至少留16.5mm的空量。將刀具形狀補償頁面中1號刀對應(yīng)的1號行稱為形狀1號行，刀具磨耗補償頁面中1號刀對應(yīng)的1號行稱為磨耗1號行，對刀和建立坐標系時把形狀和磨耗1號行的X、Z刀補值都置0。運行前把磨耗1號行的X刀補值置0.15mm。執(zhí)行一遍后測槽底所在的直徑值（此時應(yīng)偏大）。改磨耗1號行的X刀補值后再執(zhí)行一遍，此時槽底所在的直徑值應(yīng)在公差范圍之內(nèi)了。切完第一排刀后的圖樣如圖5所示。

圖4 第一排刀切去部分的示意

圖5 切完第一排刀后的圖樣

如果比賽時只有刃寬2.7～3.99mm的刀，那么仍可用平移操作法來加工，只是要多走一排刀。前兩排刀與上述操作相同，完成后測量出中間殘留的最寬值b（在右端）。接著把形狀1號行的Z刀補值在原基礎(chǔ)上減去b，再執(zhí)行一遍即可完成。

生產(chǎn)的首件加工也可用上述平移操作的方法來做。對于除首件外的生產(chǎn)加工，應(yīng)使用平移編程的方法來解決，也就是平移后第二排刀的加工用程序而不是用操作來完成。O66和PP66.MPF是4.1～5.0mm寬的車刀分別用于發(fā)那科系統(tǒng)和西門子系統(tǒng)時除首件外的生產(chǎn)加工程序。

圖6 車第二排刀示意

圖7 第二排刀切去部分示意

O66

N01 #1=a; #1代表編程刀寬5與實際刀寬之差

N02 #4=60; #4代表X向分刀數(shù)

N03 G54 S300 M04;

N04 T0101; 用1號刀補

N05 G00 X200 Z200;

(2) 含碎石粉質(zhì)粘土(Q4)el+dl ②：黃褐-棕紅色，硬塑，稍濕狀態(tài)，巖芯切面稍有光澤，含少量礫石，粒徑0.5～1 cm，含量約10%，成分主要為泥灰?guī)r，無搖振反應(yīng)，干強度及韌性中等，厚度0.5～4.4 m。該層主要分布于坡體上。

N101 #10=50; #10代表X指令值，此賦初始值

N102 G00 Z80; 開始車左槽壁

N103 X#10;

N104 G34 Z-8 F12 K-0.5;

N105 G00 X100;

N106 #10=#10-8/#4;

N107 IF[#10 GE 42]GOTO 102;

T0111; 改用11號刀補

N201 #10=50; #10代表X指令值，此賦初始值

N202 G00 Z[72+#1]; 開始車右槽壁

N203 X#10;

N204 G34 Z-8 F12 K-0.5;

N205 G00 X100;

N206 #10=#10-8/#4;

N207 IF[#10 GE 42]GOTO 202;

N41 G00 X200 Z200 M05;

N42 M30;

PP66.MPF

N01 R1=a; R1代表編程刀寬5與實際刀寬之差

N02 R4=60; R4代表X向分刀數(shù)

N03 G54 S300 M04

N04 T1 D1

N05 G00 X200 Z200

N101 R10=50; R10代表X指令值，此賦初始值

N102MA1: G00 Z80; 開始車左槽壁

N103 X=R10

N104 G35 Z-8 K12 F0.5

N105 G00 X100

N106 R10=R10-8/R4

N107 IF R10＞=42 GOTOB MA1

T1 D2

N201 R10=50; R10代表X指令值，此賦初始值

N202 MA2: G00 Z=72+R1; 開始車右槽壁

N203 X=R10

N204 G35 Z-8 K12 F0.5

N205 G00 X100

N206 R10=R10-8/R4

N207 IF R10＞=42 GOTOB MA2

N41 G00 X200 Z200 M05

N42 M02

這兩段程序只是分別在O65和PP65.MPF中加了N201～N207段，而新加的7段程序與N101～N107相比，只有N202段與N102段中的Z值不同（注意N204段中的數(shù)據(jù)也與N104段中的數(shù)據(jù)相同）。這個差別來源于向左移動的牙寬和實際刀寬，也正是因此，作者才把這種簡易編程方法稱為平移編程法。

在用首件程序完成首件操作、加工后，以發(fā)那科系統(tǒng)為例，需要進行的操作包括：一是把形狀1號行的Z刀補值改置成0；二是把磨耗1號行的Z刀補值移到磨耗11號行的Z刀補值中；三是把磨耗1號行的Z刀補值置0；四是把形狀11號行的Z刀補值置0。做完這些準備工作后，就可進行后續(xù)的生產(chǎn)加工。

由此可見，對于這一類等牙寬變螺距螺紋，比賽和首件生產(chǎn)時用平移法操作，除首件外的生產(chǎn)用平移法編程都非常方便。

4 結(jié)束語

需要注意的是，不是所有的等牙寬變螺距螺紋都可用平移法來加工。例如在賽前公布的樣題中，螺紋的端面螺距6mm、每轉(zhuǎn)螺距增加1mm、軸向牙寬3mm、螺紋長58mm，此螺紋就不屬于能用上述簡單的平移法來操作、編程的類型。但對于此類螺紋，平移的原則仍適用，本文中不再詳述。