基于FANUC－0i数控车床系统的曲线牙型螺纹加工技术

2014-07-01石显奎赵燕伟

机械工程师 2014年5期

关键词：牙型二次曲线数控车床

石显奎，赵燕伟，2

（1.浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室，杭州310014；2.广东省创新方法与决策管理系统重点实验室，广州510000）

基于FANUC－0i数控车床系统的曲线牙型螺纹加工技术

石显奎1，赵燕伟1，2

（1.浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室，杭州310014；2.广东省创新方法与决策管理系统重点实验室，广州510000）

随着数控技术的发展，在一些机械零件上使用的螺纹牙型要求也越来越多，对于常用的三角牙型螺纹、梯形螺纹都有比较成熟的加工技术，但是一些特殊的曲线牙型螺纹由于牙型复杂，面积较大，采用成型刀加工时易出现振动，同时零件精度不能满足使用要求。文中针对常见的非标二次曲线螺纹的加工基于FANUC-0i数控车床进行技术分析。

螺纹；二次曲线螺纹；椭圆曲线螺纹；数控；宏程序

0 引言

随着现代制造技术的不断发展，机械零件精度不断提高，对于一些非常规螺纹零件的使用也越来越广，在各种机械中，螺纹零件有的用于连接、紧固，有的用于传递动力，改变运动等，由于用途不同，它们的牙型和加工方法也不尽相同，按剖面分常见的有：三角螺纹、梯形螺纹、锯齿螺纹和矩形螺纹。这些都可以采用成型刀具来完成加工。但是对于一些非标准牙型螺纹，这种加工方法不能达到理想加工精度。本文主要阐述了在FANUC系统车床上采用宏程序来实现曲面螺纹的加工方法。

1 曲线螺纹的加工

1.1 曲线螺纹

1）普通螺纹。

三角形螺纹：又称普通螺纹，截面为三角形，主要包括英制螺纹、米制锥螺纹、特种细牙螺纹、过渡配合螺纹、过盈配合螺纹、短牙螺纹、MJ螺纹、小螺纹、60°圆锥管螺纹、牙型角为60°。

矩形螺纹：螺纹截面为矩形，效率高，主要用于传动，其截面呈现为矩形，但因不易磨制，且内外螺纹旋合定心较难，通常用梯形螺纹代替。

梯形螺纹：截面为等腰梯形，牙型角为30°，与矩形螺纹相比，传动效率略低，但工艺性好，牙根强度高，对中性好。

锯齿形螺纹：锯齿形螺纹牙的工作边接近矩形直边，多用于承受单向轴向力，其牙型有（3°/30°）、（7°/45°）、（3°/ 45°）、（7°/45°）等。

圆弧螺纹：其截面为半圆形，主要用于传动，多用在滚动丝杠上，与矩形螺纹相比，工艺性好，螺纹效率更高，对中性好，目前很多地方都取代了矩形螺纹和梯形螺纹，但因其配件加工复杂，成本较高，所以对传动要求不高的地方应用很少。

2）二次曲线螺纹。曲线螺纹截面为二次曲线，因其剖面较复杂，成型刀制作困难，加工难度大，精度很难保证，适用于某些特殊常合。常见的二次曲线螺纹有：

1.2 曲线螺纹加工

1.2.1 普通螺纹加工

普通螺纹加工方法很多，加工中需要多次进刀，所以程序较长，而且在编写中容易出错，在数控车床的数控系统中均设有G33、G32、G76、和G92螺纹加工指令。单行程螺纹切削用G32指令，简单螺纹切削循环用G92指令，螺纹切削复合循环用G76指令。数控车床上加工普通三角螺纹笔者习惯用G92指令，加工梯形螺纹时多采用G32指令。

如图1所示，三角螺纹加工程序为：

图1

Tr40×7梯形螺纹程序为：

1.2.2 曲线螺纹加工

其它方程转换同理，在此省略。

根据数控车床坐标系与数控车编程要求，在数控加工中将要确定变量，在此设定以Z轴为变量，从而确定X轴坐标：X=a/b*SQRT［a*a-z*z］，在此表达式中，设置椭圆螺纹加工刀具轨迹：

2）确定曲线螺纹加工程序。在FANUC系统中，螺纹加工指令有G32、G92、G76等，编程过程中，可以根据自己的习惯合理选择，但是加工中要注意每一次的退刀位置，否则会出现撞刀，仍用G32来编写，以下则以此为例。

螺纹加工指令为：G32X__Z__F__；其中：X Z为螺纹终点坐标；F螺纹导程（单线螺纹为螺距）。

在加工图2所示的椭圆螺纹中，可将螺纹分解为由无数个沿椭圆轨迹切削而成的普通螺纹，其主程序为：

只要确定了X、Z这二个变量值，则螺纹程序就迎刃而解。双曲线、抛物线等二次曲线螺纹也可用同样的方法加工。

2 曲线螺纹生产加工

在实际加工中，各种二次曲线螺纹的加工方法都类似，在此以椭圆曲线螺纹为例进行分析（如图2）。

图2

2）螺纹加工分析。以Z轴为变量确定X：

3）程序编写如下：

4）加工完成工件。工件加工成品如图3所示，经检测螺纹表面粗糙度、表面精度等都达到要求，加工过程中刀具无振动，切削状态良好，加工效率高，完全能达到精度要求。

3 结语

本文通过常用螺纹及二次曲线螺纹的加工工艺及程序分析，总结出一套适于FANUC车床系统二次曲线螺纹加工方法，并在生产中得到运用，这种方法能实现大剖切面曲线螺纹的加工，比采用传统成型刀具加工提高了零件加工质量和生产效率，进一步提高了零件加工精度。但是这种加工方法有一定的局限性。螺纹的加工方法很多，加工过程中还需要考虑工件形状、材料、螺纹牙型、生产方式等因素。本文所介绍的加工方法只是作者生产实践中的经验。