宏程序在特殊螺纹中的应用

2015-12-25张振

机械工程师 2015年3期

张振

（广东省机械高级技工学校，广州510450）

0 引言

车削加工螺纹是现代制造业中自动化程度较高的生产任务之一，也是数控车削工艺路线制订、刀具选择、切削用量选用、程序设计等综合难度较大的操作之一。

对形状复杂的螺纹传统的加工方法一般采用成形刀车削成形。但由于成形车刀的成本比较昂贵，磨损后刃磨困难，刀具调整不方便，大螺距螺纹车削阻力大等原因，使生产的质量和效率达不到要求。但目前由于数控机床的普及使用，我们可以不再依赖成形车刀来进行加工，可以使用一些标准化的刀具来进行加工，这不仅可以提高生产质量和效率，还可节约制作刀具的成本。但这种方法会使数控加工程序的编制变得复杂。虽然目前各种各样的CAD/CAM软件在加工中开始普及，能够解决大部分复杂零件的程序编制，但在螺纹加工方面尚有所欠缺，不能用于加工一些形状比较复杂的螺纹（使用成形刀的除外）。由于使用CAD/CAM软件目前不能解决特殊螺纹等轴类零件的加工，需要采用手工编程，进行宏程序的编制，以达到加工的目的。如何在数控车床上应用宏程序变量编程并进行加工，是历年数控技能竞赛的主要内容和难点之一。本文以Fanuc TC0i数控系统为例，介绍通过宏程序编制特殊螺纹的程序和加工的方法，实例程序已经通过实际加工，可作为模板推广使用。

1 特殊螺纹车削加工及通用宏程序设计

1.1 特殊螺纹加工的原理

具有特殊牙型角螺纹的加工主要是进行螺纹定位点的变化，使定位点形成一个与螺纹牙型相符合的形状，从而进行加工。图1所示的零件图中，螺纹加工的部分是加工一段圆弧形大导程螺纹。图2所示的特殊螺纹为锯齿形螺纹。

下面以图1为例讲解螺纹定位点变化的过程：

如图3所示，该段圆弧的变化方向由A点到B点处。而这段圆弧就是由AB中间若干个点组合而成的。这些中间的点需要用宏程序进行相应的运算，使定位点中的Z坐标值和螺纹加工时的X坐标形成相应的规律，以达到加工的目的。为了编程及加工的方便，一般以R5圆弧的转角α作为自变量采用圆的参数方程进行程序的编制。

图1 圆弧形大导程螺纹

图2 锯齿形螺纹

图3 螺纹起点的变化

1.2 装夹方式和刀具的选择

假设螺纹的外径已加工完成，本工序只需要完成螺纹部分的加工工艺与宏程序设计。采用三爪自定心卡盘装夹的装夹方式，条件允许的情况下最好是采用一夹一顶的装夹方式，以防加工受力产生弯曲变形。

经分析后，图1所示螺纹的牙型轮廓为半圆形，为保证牙型正确，我们可以用选用外圆圆弧车刀（圆弧为R2～R3最好）或者尖刀。

使用圆弧车刀的时候为了不让工件过切造成工件报废，我们还需要进行刀具圆弧的半径补偿。

图2所示螺纹的牙型角为30°锯齿形螺纹，由于尖刀的刀尖角为35°，在加工中会造成工件的过切。对于这一类型的工件最好是选用矩形螺纹车刀（如图4）或切槽刀（机夹的由于夹紧方式的局限，不能用来加工这类的螺纹）。

1.3 传动轴的编程与加工

图5为传动轴的加工零件图，由于整个图形加工的程序比较多，这里只对特殊螺纹部分进行加工的分析。

1）刀具选用。该零件螺纹部分为牙底为半圆，半径为3 mm，最大牙型高度为4 mm，螺距为8 mm，属于中等难度的螺纹加工。刀具在加工中由于接触面积较大，阻力逐渐变大，因此造成机床和刀具负荷过大，容易在切削过程出现“崩刀”、“扎刀”和工件松动等现象，对机床的使用寿命也有较大的影响。为解决此问题，该螺纹部分需要进行粗、精加工，以减少对机床和刀具的损耗，同时保证加工的质量和安全。刀具方面可以选用两把R1.5～R2的圆弧车刀，刀具分为粗加工和精加工。

2）切削量的确定。该工件螺纹属于大螺距螺纹，在加工的时候，如果切削用量选用不当，可能会损坏工件、刀具和机床，严重还会造成人身事故。为了让加工有条不紊的进行下去，必须要选用一个合理的切削参数。

a.车螺纹的转速。