基于宏程序的梯形螺纹优化加工
2015-06-27葛卫国
葛卫国 章 强 吴 荣
（重庆三峡学院机械工程学院，重庆万州 404100）
基于宏程序的梯形螺纹优化加工
葛卫国 章 强 吴 荣
（重庆三峡学院机械工程学院，重庆万州 404100）
梯形螺纹传统的加工方法是采用普通的单头刀加工，但由于梯形螺纹刀牙形角小,刀尖强度弱，加工中排屑困难，易形成积屑瘤，造成扎刀和断刀现象，数控车削时，程序编制也较复杂，多选用复杂的宏程序和G76指令加工，不易掌握，精度也很难保证。文章采用双头刀改变梯形螺纹的加工工艺，通过对梯形螺纹加工的工艺分析和加工方法的研讨，探索出一套可以在数控车床上加工出合格梯形螺纹的办法。
双刀头；梯形螺纹；数控加工；程序编制
引 言
梯形螺纹通常用于传动，精度要求较高，如车床上的长丝杠和中小滑板的丝杠等．与三角形螺纹相比，螺纹牙形深度大，牙形角度小，车削过程中容易产生扎刀和断刀现象，且加工工艺复杂，加工较为困难．现有的加工方法大多采用分层加工和复杂的宏程序加工等，不易掌握，精度也很难保证．通过数控车床的梯形螺纹实践加工，如果要获得合格的梯形螺纹，可改进传统的加工刀具，合理设计加工工艺，编制通用性较强的程序，可使加工出的梯形螺纹精度高，并降低工人的劳动强度．
1 梯形螺纹的工艺分析
图1为梯形螺纹工件，材料为45号钢，现采用法拉克0i-T C系统的数控车床加工Tr36×6的梯形螺纹．为达到加工精度要求，采取以下工艺方法：
图1 梯形螺纹工件
1）选择合理的工装．工件采用一夹一顶装夹（工件．一端采用三爪卡盘夹持，另一端用顶尖顶住，顶尖顶住不宜过紧，以减少工件变形，夹持一端设计有台阶以防止工件轴向窜动而造成螺纹误差．
（2）选择合理的主轴车削速度．在数控车床上车削梯形螺纹，主轴转速过高，不能很好地保证螺纹的表面粗糙度，达不到精度要求，低速车削时生产效率又很低，而直接从高速变为低速车削时容易导致螺纹乱牙．故车削时应参考机床的最高进给速度，选用转速以120～150 r／min为宜．
名称 代号 计算公式牙型角 α α=30°螺距 P 由螺纹标准确定P 1．5～5 6～1214～44牙顶间隙 ac ac 0.25 0.5 1外螺纹 牙高 h3 h3 = 0.5 P + ac大径 d 公称直径中径 d2 d2 = d-0.5 P小径 d3 d3 = d-2 h3内螺纹 牙高 H4 H4 = h3大径 D4 D4 = d + 2ac中径 D2 D2 = d2小径 D1 D1= d - P牙顶宽 f、f′ f= f′= 0.366P牙槽底宽 W、W′ W = W′= 0.366P - 0.536 ac
图2 双刀头刃磨角度
牙高h3= 0.5P + ac= 3.5；
小径d3= d－2 h3= 29，查表确定其公差，故槽底宽W = 0.366P－0.536Z + 0.268（|es| + Td2/2）= 0.366*6－0.536*0.5+0.268（|－ 0.118| + |－ 0.335/2|）= 2.0045
牙底宽W1 = P－W = 6－2.0045 = 3.996
（4）车刀的改进．车刀的制作是加工合格梯形螺纹的必备条件，传统的梯形螺纹刀为单刀头，分为粗车刀和精车刀，为此，笔者对车刀进行了改进．在刀具材料的选择上，如果选用硬质合金刀具，切削径向力大，工件易弯曲，无法保证精度要求，宜选用刃具锋利的高速钢工具钢作刀具，故选用高速钢材料（W18CR4V）．其次也是最重要的就是刀具的制作，首先用线切割将12×12 mm的高速工具刀对剖成6*12的两片，将切割好的刀片按图2手工刃磨后安装到刀盒上（如图3）．因为刃磨是最重要的环节，必须保证W1的尺寸和各角度参数．此刀为一个刀柄上安装并排两个刀头，车削时采用直切法，双刃粗、精加工，排屑容易，散热效果好，解决了单刀头的扎刀和断刀问题．粗车时进刀量可达0.3~0.8 mm，精车时可将进刀量减少到0.02~0.05 mm，用20号机油作冷却液．选用双刀头加工，表面粗糙度1.6微米以下，切削效率可提高五倍以上．
图3 双刀头安装图
2 梯形螺纹的加工程序
采用FANUC 0i-TC 系统数控车床，G92指令直进切削加工，加工梯形螺纹程序如下：
O3133
T0101 M03 S120
G00 X45 Z10 M08
G92 X35.7 Z-46 F6(第一刀粗车螺纹，吃刀量0.3)
X35.4 (第二刀粗车螺纹，吃刀量0.3)
X35.1 (第三刀粗车螺纹，吃刀量0.3)
X34.8 (第四刀粗车螺纹，吃刀量0.3)
...... （最后几刀精车吃刀量递减）
X29.3
X29.2 （精车吃刀量0.1）
X29.1 （精车吃刀量0.1）
X29.05 （精车吃刀量0.05）
X29.0 （精车吃刀量0.05）
X29.0 （光整最后一刀）
G00 X100 Z80 M09
M30
因使用G92指令程序冗长，走刀过多，改用宏程序编程，可简化程序：
O3136
T0101 M03 S120
G00 X45 Z10 M08
#10=36 （螺纹公称直径）
#20=0.3 （粗车吃刀深度）
N1 IF[#10 LT 29] GOTO 2 （加工到小径尺寸偱环结束）
G92 X#10 Z-46 F6 （螺纹粗车第一刀）
#10=#10－#20 （改变螺纹加工直径）
IF [#10 LT 34] THEN #20=0.15 （小于“34”时每次吃刀量为“0.15”）
IF [#10 LT 32] THEN #20=0.1 （小于“32”时每次吃刀量为“0.1”）
IF [#10 LT 29.1] THEN #20=0.05 （小于“30”时每次吃刀量为“0.05”）
GOTO 1 （转向程序段1）
N2 G92 X29.0 Z－46 F6 （光整最后一刀）
G00 X100 Z100 M09
M30
传统的梯形螺纹刀加工，由于车刀牙形角小，刀尖强度弱，车刀总切削力大，加工中排屑困难，容易形成积屑瘤，使刀头磨损加剧，出现扎刀和断刀情况．如果采用双刀头加工梯形螺纹，虽然也是直进法但可以顺利地解决以上问题，而无需使用粗车刀和精车刀，避免了对刀和换刀时刀位的误差．加工时，排屑容易，降低切削热量，不易产生扎刀和断刀现象，切削效率提高，精度提高，若工件螺纹部分越长，加工效率越高．
3 结 语
只要合理选择梯形螺纹的加工工艺和加工方法，利用双刀头加工梯形螺纹，不仅满足加工要求，达到精度标准，更能提高切削效率．如何用最简单的程序指令，最快捷的加工效率加工出合格高质量的产品是我们专业人员研讨的共同课题．
[1]彭晓南.数控技术[M].北京：机械工业出版社，2003．
[2]实用车工编写组.实用车工手册[M].北京：机械工业出版社，2003．
[3]彭林中，张宏.机械切削工人工作手册[M].北京：化学工业出版社，2007.
（责任编辑：张新玲）
Optimization of Trapezoidal Thread Processing Based on Macro Program
GE Weiguo ZHANG Qiang WU Rong
(School of Mechanical Engineering， Chongqing Three Gorges University， Wanzhou， Chongqing， 404100)
The traditional processing method of trapezoidal thread uses single pole head， and is classified into coarse and fine processing. But it is difficult because with the small tooth profile angle and weak tip intensity of trapezoidal thread， it is difficult to remove chips when processing and easy to form BUE (built-up edge)， resulting in pricking knife and cutting knife. It is a difficulty in NC turning as well in the process of NC machining， since it often causes problems with improper technologies， and programming is complex. There are more choices with macro program and G76 command processing. It is not easy to grasp and the precision is hard to guarantee. This article discusses the processing technologies and methods of trapezoid thread， and explores a set of methods which can process qualified trapezoidal thread on NC machining.
double knife; trapezoidal thread; numerical control machining; programming
TG659
A
1009-8135（2015）03-0068-03
2014-12-25
葛卫国（1971-），女，河北张家口人，重庆三峡学院副教授，主要研究汽车检测技术、机械制造技术．
