变螺距螺纹加工的参数化编程

杨 丰

(长沙航空职业技术学院，湖南 长沙 410124)

当前，变螺距螺纹的应用日益广泛。如绞肉机采用变螺距送料杆，前端是大螺距加快送料速度，从前端到后端螺距逐渐变小，后端是小螺距增大螺杆推力。塑料挤压机采用变螺距螺杆，解决了熔体质量和挤出量是相矛盾的问题，使挤出机应用时送料的空间比较大，挤出口内部的空间比较小，这样挤出的材料气泡少，质量好。

目前变螺距螺纹的加工，主要是在数控机床上完成，文章主要研究在数控车床上加工变螺距螺纹。

1 螺纹车削加工的常用进刀方式

数控车削螺纹的进刀方式主要径向进刀、斜向进刀两大类，其中斜向进刀又分单侧斜向进刀、改良的单侧斜向进刀、双侧交互式进刀三种情况。具体应用时应根据螺纹的螺距、加工精度、工件材料、刀片型式、刀具材料等来选择。

1.1 径向进刀方式

径向进刀方式(如图1所示)是最常用的一种方式。多次进刀的方向一致，切削时刀具的两条切削刃都参与切削。该种进刀方式，可以获得比较正确的齿形，但由于刀片两侧刃同时切削，切削力较大，容易产生扎刀现象，且排屑困难，因此主要适用于加工螺距较小的螺纹。

1.2 斜向进刀方式

斜向进刀方式主要是单面切削，不容易产生扎刀现象，一般适用于加工螺距3mm以上的螺纹。

(1)单侧斜向进刀方式

刀具以和径向成30°的方向进刀切削(如图2所示)，由于是单刃切削，切削力较小，易于排屑，且散热较好。但加工时，刀片可能有拖曳或摩擦的现象而使刃口崩刃，另外切屑的单向排出，会破坏另一侧牙面的表面质量。

(2)改良的单侧斜向进刀方式

刀具以和径向成27°～30°的方向进刀切削(如图3所示)。刀刃两面切削，形成卷状屑，排屑流畅，散热好，螺纹表面粗糙度值较低。一般来说，这是车削不锈钢、合金钢和碳素钢的较好方法，大多数螺纹加工采用这种方法。

(3)双侧交互式进刀方式

左右交替进刀方式(如图4所示)，由于刀片两侧刃平均使用，提高了刀片寿命。该种进刀主要用于加工螺距较大的螺纹。

2 变螺距螺纹才车削编程指令G34

指令格式:G34 X(U)_Z(W)_F_K_

式中:X、Z—绝对坐标，螺纹终点坐标值;

U、W—相对坐标，即螺纹切削终点相对起点的坐标分量;

F—长轴方向在起点处的导程;

K—主轴每转导程的增加量或减少量。

加工图5所示螺纹的程序如下(设槽深为1mm):

……

G00 X46.2 Z2 螺纹第1刀定位

G34 Z－80 F2 K1 加工变螺距螺纹第1刀，起点螺距为2mm，每个螺距递增1mm

G00 X50 X向退刀

G00 Z2 Z向退刀

G00 X45.6 螺纹第2刀定位

G34 Z－80 F2 K1 加工变螺距螺纹第2刀，起点螺距为2mm，每个螺距递增1mm

G00 X50 X向退刀

G00 Z2 Z向退刀

G00 X45.2 螺纹第3刀定位

G34 Z－80 F2 K1 加工变螺距螺纹第3刀，起点螺距为2mm，每个螺距递增1mm

G00 X50 X向退刀

G00 Z2 Z向退刀

G00 X45 螺纹第4刀定位

G34 Z－80 F2 K1 加工变螺距螺纹第4刀，起点螺距为2mm，每个螺距递增1mm

G00 X50 X向退刀

G00 Z2 Z向退刀

……

图5 加工案例

说明:零件的第一个螺距为4，其基本螺距3;考虑到螺纹升降速影响，选择螺纹切削起点距离坐标零点端面为2mm位置，则起点基本螺距为2mm。

3 变螺距螺纹加工的参数化编程

使用G34可以加工一些槽深较小的变螺距螺纹。但在加工槽深较大的变螺距螺纹时，刀尖容易出现崩刃现象。加工槽深较大的变螺距螺纹时，需要采用斜向进刀方式，但数控车床没有提供这样的指令，需要采用数控机床自带高级编程语言—宏指令来编写。

图6 螺纹切削进刀

3 .1 螺纹车削进刀量计算(如图6所示)

(1)X向进刀量计算

式中:d—X向第一次进刀量

n—走刀次数

(2)Z向进刀量计算

ΔZ= ΔX*tgα

式中:α—进刀角度。(α=0°:径向进刀;α=30°:单侧斜向进刀;α =27°～30°:改良的单侧斜向进刀)

3 .2 参考程序

加工图5所示零件(设槽深为2mm)，采用改良的单侧斜向进刀方式，参考程序如下:

O0001

……

G65 P0002 A4 B1.2 C0.15 I0.1 J27 K47 D1.2 E1 F2 H4 Q50 R2 S－80 T1 调子程序

……

M30

O0002 子程序

#14=0

#22=［#18+［#17－#6+#1－#4］/2* TAN［#5］］螺纹加工第一刀循环起点Z坐标

G00 X［#17］Z［#22］快进至螺纹加工循环起点

WHILE［#11 GT#4］DO1 当X向加工余量小于等于精加工余量时，跳出循环执行N30程序段

G00 X［#6－2*#7］X 向进刀

G34 Z［#19］F#9 K#20 走刀一次

GOO X［#17］X 向退刀

G00 Z［#22－#14］Z向退刀

#8=#8+1 循环次数叠加一次

#7=#2*SQRT［#8］(n+1)次X向进刀量累加

#10=#2*SQRT［#8－1］n次X向进刀量累加

#12=#7－#10 (n+1)次X向进刀量ΔX

IF［#12 GE#3］GOTO 10 若 ΔX大于、等于△dmin则执行N10

#12=#3 否则令ΔX=△dmin

#7=#10+#12 计算下一次走刀后累计进刀量

N10 IF［#5 EQ 0］GOTO 20 若径向进刀角度为0，执行N20程序段

#14=#12*TAN［#5］计算(n+1)次 Z向进刀量ΔZ

G00 W－［#14］Z向进刀

N20#11=#1－#7 计算X向加工余量

END1

N30 G00 X［#6－2*#1+2*#4］X 向进刀

G34 Z［#19］F#9 K#20 走刀一次，X向单边留余量h

GOO X［#17］X 向退刀

G00 Z［#18］Z 向退刀

G00 X［#6－2*#1］X 向进刀

G34 Z［#19］F#9 K#20 精车一次

GOO X［#17］X 向退刀

G00 Z［#18］Z 向退刀

M99

该程序将螺纹加工公共参数作为变量，放在主程序中;将加工轨迹作为子程序，通过宏指令G65调用。G65程序段中相关参数解释如下:

A4—#1=4(螺纹牙高，直径量)

B1.2 —#2=1.2(X 向第一次进刀量 d，直径量)

C0.15—#3=0.15(X 向最小进刀量△dmin，直径量)

I0.1—#4=0.1(X向精加工余量h，直径量)

J27—#5=27(径向进刀角度)

K47—#6=47(螺纹大径，直径量)

D1.2—#7=1.2(X向累计进刀量，初值=X向第一次进刀量d)

E1—#8=1(累计走刀次数，初值=1)

F2—#9=2(长轴方向在起点处的导程)

H4—#11=4(X向加工余量，初值=螺纹牙高)

Q50—#17=50(螺纹加工循环起点X坐标)

R2—#18=2(螺纹加工最后一刀循环起点Z坐标)

S－80—#19=－80(螺纹车削循环终点Z坐标)

T1—#20=1(主轴每转导程的增加量)

4 结束语

在综述螺纹车削加工进刀方式的基础上，探讨了利用数控高级编程语言—宏指令编写变螺距螺纹加工的参数化编程。实际应用时，通过实参描述赋值，就可以加工不同参数的可变螺距螺纹，提高了编程效率，同时解决了G34指令径向进刀的弊端。

［1］彭效润.数控车工(高级)［M］.北京:中国劳动社会保障出版社，2007，(9).

［2］孙德茂.数控机床车削加工直接编程技术［M］.北京:机械工业出版社，2000，(5).

［3］杨丰.数控加工工艺与编程［M］.北京:国防工业出版社，2011，(2).

［4］刘锦武.宏程序在异形螺纹车削中的应用［J］.现代制造技术与装备，2012，(22).

［5］陈建军.在数控车床上用宏程序加工梯形螺纹［J］.金属加工，2013，(4).