浅谈变导程螺纹加工方法

陈进斌

摘要：介绍在简易数控车床上用程序量相对较少的宏程序指令加工可变导程螺纹的其中一种编程方法及过程。

关键词：变导程螺纹 宏程序 编程方法

现在的变导程螺纹基本上都可以在数控车床上用G34指令来加工完成，但是G34指令的使用对数控系统的要求较高，并且较多的方法中均采用子程序的加工方法，程序量相对还是较大，一旦尺寸变动修改也较麻烦。在一些中小企业中，从成本方面考虑，经济型数控车床因具有价格低廉、操作使用方便等优点，因此，企业较多的是购买“经济型数控车床”或普通车床改造为简易型数控车床较简单，所以简易经济型数控车床在中小企业中占绝大多数。而这样配置都是较低档的数控系统上不具备直接通过指令来加工变导程螺纹的功能。下面结合本人经验浅谈一种配备FANUC系统的经济型数控车床上用G32和G34的宏程序加工可变导程螺纹的编程方法及过程。

变导程螺纹根据其牙槽变化规律我们把它分为牙变槽不变（图1）与槽变牙不变（图2）两种不同的结构形式：牙变槽不变螺纹的加工相对比较简单，主要是解决相邻两螺纹牙递增或递减变化；槽变牙不变螺纹除了要解决相邻两螺纹牙递增或递减变化外，在车削该螺纹的过程中还要使刀具牙型宽度均匀变大或变小才能完成加工，但是刀具在加工过程中是不可能改变宽度的，因此它的加工比较复杂。以下通过具体实例（图2）程序，重点讲解槽变牙不变结构形式的两种变螺距螺纹的编程方法及过程。

图1 图2

1 分析图纸

①图纸第一个螺距为5mm，并且k=1，所以螺距F=4（此为初始条件）。

②初始螺距F=4mm，螺纹端面在工件处为-5，则起刀点从-1开始。

③在初始螺距的基础上每转一圈螺距增加1mm。

④中止螺距为9mm（此为中止条件）。

⑤车完一层后要X向退刀到31mm，并Z向返回车削起点-1。

⑥X向初始值为30mm（大径为初始条件）。

⑦X向中止值为24mm（小径为中止条件）。

⑧每层X向进刀增量设为每次进刀0.1mm。

⑨每次Z向赶刀增量设为每次进刀0.02mm。

在这一过程中要分析出哪些是变量，哪些是常量，哪些是初始条件，哪些是中止条件。

2 编程加工

2.1 用变导程螺纹的切削指令G34来编程加工。其指令格式为G34 X（U）_ Z（W）_ F_ K±_。其中“X、Z”为螺纹编程终点的X、Z向坐标值；“U、W”是指螺纹编程终点相对编程起点的增量坐标值，“F”是指螺纹的基本导程，“K”是指螺纹每导程的变化量。此程序中只有两个变量：层与层之间的X值#1与刀具的偏移量#3。

过程描述：

螺纹车刀到达起刀点（螺纹车削起点），X向进刀至30mm处，此时螺距为初始值4mm，开始螺纹车削，当工件转过一周后刀具前进4mm，此时螺距增至5mm，当工件再转过一周后刀具前进5mm，照此依次类推车削至Z向-52mm，此时X向退刀，刀具回到车削起点。X向进刀至29.9mm，进行一次比较（如果X向尺寸≥24mm继续进刀），照此进刀至X向尺寸为24mm时进行最后一次车削后退刀至起刀点，至此车出牙变槽不变螺纹。

然后改变导程F和相应的起刀点来赶刀，导程逐渐减小0.02mm、起刀点逐渐向左移动0.02mm，在此过程中要进行一次比较（如果赶刀量≤1mm继续递增）。依次类推，直至车到尺寸要求为止。

O0001；

N010 G40 G97 G99 S300 M03 T0101；N020 G00 X31 Z-1；

N030 #1= 30；（螺纹顶径） N040 G00 X#1；（设定螺纹吃刀深度）

N050 G34 Z-52 F4 K1；（第一段螺距F=5，所以前一段螺距F=4）

N060 G00 X31；N070 Z-1；N080 #1=#1-0.1；（每次切深递减0.1mm）

N090 IF[#1 GE 24] GOTO 40；（如果吃刀深度≥24，则跳转到N40程序段）

N100 #3=0.02；（每次赶刀量）

N110 G00 Z[-1-#3]；（螺纹起刀点向左移动#3） N120 X24；

N130 G34 Z-52 F[4-#3] K1；（每转一圈，刀具向右移动#3） N140 G00 X31； N150 Z-1；N160 #3=#3+0.02；（每次赶刀量递增0.02mm）

N170 IF[#3 LE 1] GOTO 110； （如果赶刀量≤1，则跳转到N110程序段）

N180 G00 X100 Z100；

N190 M30；

2.2 于不具备变导程螺纹功能指令的数控系统来说我们也可以用G32来编程加工。其指令格式为G32 X（U）_

Z（W）_ F_。这些与螺纹切削指令G34的意义相同。此程序中有三个变量：层与层之间的X值#1、每层加工时的螺距#2与刀具的偏移量#3。

过程描述：

螺纹车刀到达起刀点（螺纹车削起点），X向进刀至30mm处，此时螺距为初始值4mm，开始螺纹车削，当工件转过一周后刀具前进4mm，此时螺距增至5mm，当工件再转过一周后刀具前进5mm，在此过程中要进行一次比较（如果螺距≤9mm继续进行螺纹车削）此时X向退刀，刀具回到车削起点，螺距初始化为4mm。X向进刀至29.9mm，进行一次比较（如果X向尺寸≥24mm继续进刀），照此进刀至X向尺寸为24mm时进行最后一次车削后退刀至起刀点，至此车出牙变槽不变螺纹。然后改变导程F和相应的起刀点来赶刀，导程逐渐增加0.02mm、起刀点逐渐向右移动0.02mm，在此过程中要进行一次比较（如果赶刀量≤1mm继续递增）。依次类推，直至车到尺寸要求为止。

O0002；

N010 G40 G97 G99 S300 M03 T0101；

N020 G00 X31 Z-1；

N030 #1=30；（螺纹顶径）

N040 G00 X#1；（设定螺纹吃刀深度）

N050 #2=4；（第一段螺距F=5，则前一段螺距F=4）

N060 G32 W-#2 F#2；（每转一圈，刀具Z轴的移动与螺距相同）

N070 #2=#2+1；（后一个导程比前一个导程递增一个增量）

N080 IF[#2 LE 9] GOTO 60；（如果螺距≤9，则跳转到N60程序段）

N090 G00 X31；

N100 Z-1；

N110 #1=#1-0.1；（每次切深递减0.1mm）

N120 IF[#1 GE 24] GOTO 40；（如果吃刀深度≥24，则跳转到N40程序段）

N130 #3=0.02；（每次赶刀量）

N140 G00 X24；

N150 Z[-1+#3]；（螺纹起刀点向右移动#3）

N160 #2=4；（螺距回到初始值）

N170 G32 W[-#2-#3] F[#2+#3]；（每转一圈，刀具向左移动#3）

N180 #2=#2+1；（后一个导程比前一个导程递增一个增量）

N190 IF[#2 LE 9] GOTO 170；（如果螺距≤9，则跳转到N170程序段）

N200 G00 X31；

N210 Z-1；

N220 #3=#3+0.02；（每次赶刀量递增0.02mm）

N230 IF[#3 LE 1] GOTO 140；（如果赶刀量≤1，则跳转到N140程序段）

N240 G00 X100 Z100；

N250 M30；

3 小结

在数控车床上加工同类型不同尺寸的小批量螺纹零件时，程序编写繁琐，编程量大，采用子程序的加工方法，程序量相对还是较大，而且修改也较麻烦，容易出错。而采用宏程序功能的变量运算，则可有效地解决上述这些难题。在使用时还需要注意，当加工不同尺寸的变导程螺纹时，只需改变变量#1的数值即可。

编程时主轴转速应取较小值，主轴转速的选取随着导程的增大而减小。变导程螺纹的螺纹升角随着导程的增大而变大，所以车右旋变导程螺纹时刀具左侧切削刃的刃磨后角等于工作后角加上最大螺纹升角ψ，即aOL=（3°～5°）+ψ。为了保证刀头有足够的强度，车刀右侧在刃磨后角应等于工作后角减去螺纹升角ψ，即aOR=（3°～5°）+ψ。加工左旋时则相反。

参考文献：

[1]车工工艺学[M].中国劳动社会保障出版社.

[2]曾福辉.变导程螺杆的数控车削加工[J].机械工程师，2008（05）.

[3]李珊，韩旻.变螺距变槽深变槽宽螺杆数控加工的开发[J].机电技术，2009（S1）.