异型螺纹的数控车削编程方法*

倪春杰

(兰州石化职业技术学院机械工程系，甘肃兰州 730060)

0 引言

卷扬机、起重机、滚珠丝杠螺母副、航空发动机中采用的圆弧、椭圆或抛物线等牙型的螺纹，称为异型螺纹。此类螺纹的数控车削加工借助 CAM软件编程无法完成，用成型刀具加工耗时耗力，加工困难［1］。为此，笔者以华中数控系统为平台，根据数控车床螺纹加工原理，结合数控系统的宏程序编程功能，介绍圆柱面上异型螺纹宏程序的编制方法，完成异型螺纹的编程加工，拓展数控车床的加工范围，且计算量较小、程序易懂、修改容易。

1 圆弧螺纹的数学模型

如图1所示，圆弧螺纹的截面形状为 R2．5，深1 mm的圆弧，螺距为6mm。选择比较常见的刀尖角为35°的外圆车刀，经检验得知后刀面不发生干涉。

图1 圆柱面上的圆弧螺纹

如图2所示，圆弧牙型截面在ZOX坐标系下的数学表达式为:

X2+Z2=2．52，-2≤ Z ≤2 (1)

此处关键是找准圆弧牙型的坐标系位置、数学表达式、圆弧的起始点和终止点。

图2 圆弧牙型螺纹

2 圆弧螺纹的编程思路

圆弧螺纹的编程思路是:用等间距法分割牙型曲线，逐点计算并车削螺纹，继而近似构成圆弧螺旋面。

(1)按长度或按角度［2］等间距分割圆弧牙型，分割的间距决定逼近的精度。例如，图2中将圆弧牙型曲线分割为6个点。

(2)利用螺纹加工指令车螺纹。图2中刀具依次按①～⑥的顺序计算、车削螺纹，6条螺旋线近似构成圆弧螺旋面。

(3)设置螺纹加工的升速段［3-4］和降速段。图2中取了一倍螺距的升速段距离。

3 圆弧螺纹编程实例

以图1为例，选用华中数控系统，圆弧螺纹的宏程序可按以下步骤进行编程。

3．1 以螺纹牙型曲线的数学表达式坐标编程

以图1中的ZOX坐标系编程。

3．2 确定螺纹牙型曲线的起点和终点

图1中圆弧牙型在ZOX坐标系下的起点Z坐标为2，终点Z坐标为-2。

3．3 合理选择牙型曲线的分割变量

图2中等间距分割圆弧牙型时，应按X分割还是按Z分割?由图可知，圆弧牙型沿X轴左右对称，除了X轴上的点以外，圆弧上的每一个X值对应两个Z值，即由X求得的Z不唯一。而选Z作为分割变量时，一个Z值对应一个X值，即按Z分割圆弧时，获得的分割点坐标是唯一的。比较结果，选Z作为分割变量合适。

3．4 确定牙型曲线分割变量的取值范围

为方便加工，选择自右向左车削，因此式(1)中Z的取值范围为2～-2，而X则按式(2)随Z变化:

3．5 宏程序变量分配

宏程序变量分配:#1表示圆弧上分割点的Z坐标，#2表示圆弧上分割点的X坐标。

3．6 圆弧螺纹宏程序

采用等间距法编制的圆弧螺纹宏程序如下:#1=2;变量Z初值

WHILE［#1GE［-2］］;当 Z≥ -2时，执行循环体程序，否则跳出循环向后执行

#2=SQRT［2．5*2．5-#1*#1］;按式(2)计算出随Z变化的X值

G01X35Z［6+#1］F200;1倍螺距处作为螺纹切削循环起点

G82X［33-2*#2］Z-34F6;螺纹切削循环，转换为加工坐标系的坐标，33为圆心直径

#1=#1-0．1;Z轴等间距分割的间距取0．1 ENDW

3．7 加工结果

程序在CK6136数控车床上的运行结果如图3。

圆弧牙型螺纹加工实物照片

4 结语

在异型螺纹的宏程序编程过程中，正确获得螺纹牙型曲线的数学表达式是编程的关键;其次确定曲线表达式的等间距分割变量及取值范围，并按牙型曲线的坐标系编程;最后转换成加工坐标系的螺纹加工程序。由上述两例可知，此方法适用于各种圆柱面上的异型螺纹编程加工。

［1］ 李素娟．一种异型螺纹的车削方法［J］．包头职业技术学院学报，2010(4):9-10．

［2］ 滕 汶，杨曦祥．基于宏程序在异型螺纹加工中的应用［J］．机械工程师，2010(9):73-74．

［3］ 唐晓震．异型螺纹椭圆牙型编程与加工［J］．金属加工冷加工，2010(15):71-72．

［4］ 王晓莉，穆 瑞．应用宏程序加工多线梯形螺放［J］．机械，2010(7):58-60．