應用宏程序加工變螺距螺紋
應用宏程序加工變螺距螺紋【1】
摘 要：傳統的加工螺紋工藝很難完成變螺距螺紋的加工。本文通過具體實例程序，淺談通過數控車床編制宏程序加工變螺距螺紋的方法，第一步完成牙變槽不變螺紋加工，第二步完成槽變牙不變的變螺距螺紋的加工。
關鍵詞：變螺距螺紋 牙變槽不變 槽變牙不變
變螺距螺紋螺距有規律地增大或減小，一般應用在飲料灌裝機械、塑料機械、飼料機械上，特點是加工難度較大，在普通車床上很難加工，在數控車床上雖然借助CAM軟件來完成是可行的，但編程效率較低，通過宏程序來加工變螺距螺紋效率較高。本文通過具體實例程序，來講解如何利用宏程序車削牙變槽不變與槽變牙不變兩種不同結構形式的變螺距螺紋。
一、牙寬變槽寬不變螺紋
指令格式：
G32 X_____ W_____ F_____
x、z為絕對值編程時，有效螺紋終點在工件坐標系中的坐標;指令中用f為所加工變螺距螺紋的初始螺距;W指工件旋轉一圈后刀具移動的距離。
零件為矩形螺紋，采用3mm切斷刀直接加工，零件上第一螺距為8mm、第二螺距是10mm、第三螺距是12mm，每次螺距的變化量是2mm，根據螺距變化的特點相對應的每一次的移動量是W-8、W-10、W-12。完成螺距變化的這種切削，就是采用如下原理編寫，如圖1所示。
01;
G99 G97 G40 T0101; (選用3mm切槽刀)
M03 S400; (轉速為400r/min 速度不能高)
G0 X42 Z5;
#1=0;
N1 G0X50Z5; (定位點)
X[40-#1]; (刀具每次下刀深度)
G32 Z0 F6; (P為6mm切到端面)
G32 W-8 F8; (P為8mm Z軸增量為8)
G32 W-10 F10; (P為10mm Z軸增量為10)
G32 W-12 F12; (P為12mm Z軸增量為12)
G32 W-10 F12; (P為14mm Z軸增量為10)
G0X50; (退刀)
Z5; (返回定位點)
#1=#1+0.1; (每次增量為0.1mm)
IF[#1LE3]GOTO1; (如果剩余牙高≤3，則轉移到N1程序段)
G0X100 Z100; (返回安全點)
M30;
二、牙寬不變槽寬變螺紋
牙寬不變槽寬變螺紋是在牙寬變槽寬不變螺紋基礎上進行切削，將多余的余量切除。通過CAD繪圖將改變后的螺距計算出來，再進行編制改變后的螺距，改變后第一螺距為8mm、第二螺距也是8mm、第三螺距是10mm等，通過循環切削每次下刀0.1mm，就完成了變螺距的車削。如圖2所示。
O2;
G99 G97 G40 T0101; (選用3mm切槽刀)
M03 S400; (轉速為400r/min速度不能高)
G0 X42 Z5;
#1=0;
N1 G0X50Z5; (定位點)
X[40-#1]; (刀具每次下刀深度)
G32 Z0 F6; (P為6mm 切到端面)
G32 W-8 F8; (P為8mm Z軸增量為8)
G32 W-8 F8; (P為8mm Z軸增量為8)
G32 W-10 F10; (P為10mm Z軸增量為10)
G32 W-12 F12; (P為12mm Z軸增量為12)
G32 W-2 F14; (P為14mm Z軸增量為2)
G0X50; (退刀)
Z5; (返回定位點)
#1=#1+0.1; (每次增量為0.1mm)
IF[#1LE3]GOTO1;(若剩余牙高≤3mm，則轉移到N1程序段)
G0X100 Z100; (返回安全點)
M30;
此方法已得到驗證，且加工出的零件符合圖樣要求，效率較高。
利用宏程序加工幾種特殊螺紋【2】
摘 要 2010年第四屆全國數控技能大賽如約而至，本人從第二屆開始就一直參與這項賽事，深深感受到每屆比賽對選手知識面的深度、知識深度、廣度要求不斷加大。從第一屆的梯形螺紋配合到第二屆的宏程序加工旋轉橢圓，第三屆正余弦曲線、蝸桿加工，再到今年的圓弧螺紋加工。
實際操作中，若對幾種特殊類型螺紋用傳統加工方法如直進法，斜進法，左右進法和分層進法進行加工，難以完成。本文針對這幾種特殊螺紋，巧用宏程序編程加工，可在最短的時間里完成加工，方便在競賽中熟練運用。
關鍵詞 數控;宏程序;螺紋;加工
2010年7月我作為參賽選手，參加了全國第四屆全國數控技能大賽廣東省省屬技校數控車床教師組的選拔。記得在6月份廣州市技工院校職業技能競賽樣題中，有一個圓弧螺紋加工的題目，一般傳統加工螺紋方法有：直進法，斜進法，左右進法和分層進法。
由于螺紋的形狀是圓弧形的，圓弧半徑為R4.5，在傳統的加工方法中，例如用直進法(又稱成形法)車削普通螺紋時，車刀不向左右“趕刀”，只由中滑板作橫向進給，逐步切進，使螺紋直接成形，操作簡單，能保證牙型清晰，其軸向切削分力在加工中互相抵消，使壓型誤差減小。
但是用這個方法加工圓弧型的牙型，圓弧面很難保證順滑，而且圓弧切削刃同時參與切削，排屑困難，總切削力和徑向切削力增大，受力和受熱嚴重，刀尖容易磨損。而比賽是一個選手綜合素質的體現，不僅要求過硬的操作技術，果斷的判斷思維，還必須有與時間競賽的意識;不僅要有高質量的刀具，還要有所在單位強有力的資金
支持等等。
筆者經過不斷嘗試，總結出方便快捷、高質高效解決圓弧螺紋加工的辦法：利用宏程序用變量的形式編寫出加工圓弧螺紋軌跡的程序，用起始點和終點坐標控制軌跡，利用坐標偏移法用35°尖刀進行加工。
圖1 圖2
1 螺紋的圓弧半徑為R4.5，螺距為10mm，如圖1
在比賽過程中，一般很少有選手會配備R3以上的圓弧刀具，原因一：在使用圓弧刀具加工過程中刀具與工件接觸面積大，切削力大，很有可能會造成工件報廢，甚至出現工件飛脫造成危險;原因二：用圓弧刀具加工無法保證表面粗糙度。
而利用宏程序編程加工這種大螺距特殊螺紋，可以減少切削力，縮短加工時間，提高工作效率，能更好地保證加工尺寸，得到更好的表面粗糙度。
說明： 采用R0.4的尖刀，利用刀具圓心編程。
加工程序
O0001
T0101 調用一號刀具R0.4尖刀
G99 G0 X150 Z150 定位
M03 S700 主軸正轉，轉速700
G0 X85 Z2 定位到起點
#1=-20 賦值
WHILE[#1GE-160]DO1 條件循環
#2=SIN[#1]*4.1 用角度編圓方程X方向半徑4.1(圓弧R4.5減刀尖圓弧0.4)
#3=COS[#1]*4.1 用角度編圓方程Z方向半徑4.1(圓弧R4.5減刀尖圓弧0.4)
#4=#2*2+77 定義圓心與編程原點的距離X方向
#5=#3+2 定義圓心與編程原點的距離Z方向
G0 X#4 Z#5 坐標定位
G32 Z-48 F10 螺紋切削
#1=#1-1 變量定義
G0 X85 退刀
G0 Z2 退刀
END1 條件循環結束
G0 X150 Z150 退刀
M30 程序結束
2 在圓弧面上進行圓弧螺紋加工，如圖2。
說明：采用R1.5的圓弧刀具，利用刀具圓心進行編程，沿著R1.5圓周走刀。
加工程序
O0010
T0101
G99 G0 X150 Z150
M03 S700
G0 X90 Z6
#1=0
WHILE[#1GE-180]DO1
#2=SIN[#1]*1.5
#3=COS[#1]*1.5
#4=#2*2+76.08
#5=#3+6
G0 X#4 Z#5
#1=#1-4
#6=73.536
WHILE[#6LE106.46]DO2
#7=SIN[#6]*60
#8=COS[#6]*60
#9=[#7+#2]*2-39
#10=[#8+#3]-11
G32 X#9 Z#10 F7.5
#6=#6+5
END2
G0 X90
Z6
END1
G0 X150
Z150
M30
3 在錐面上進行錐螺紋加工，如圖3
首先把零件外形尺寸加工完成，接著就利用對中尖刀進行加工。(加了刀尖圓弧補償0.5)第二段減了0.5，第三段跟著偏移。起點延長10mm，終點延長4mm。
圖3
說明：采用35度對中刀，改刀補分層加工。
加工程序
T0202
G0 X150 Z150
M3 S500
G0 X85 Z10
#1=0
WHILE[#1GE-1.03]DO1
#2=#1/TAN[20]*2+48.72 #3=#1+10
G0 X#2 Z#3
G32 U32.02 W-44 F6
G0 X85
Z10
#1=#1-0.1
END1
#11=0
WHILE[#11GE-1.38]DO2
#12=#11*TAN[-20]*2+43.08
#13=#11+8.97
G0 X#12 Z#13
G32 U32.02 W-44 F6
G0 X85
Z10
#11=#11-0.15
END2
#21=0
WHILE[#21GE-1.34]DO3
#22=#21/TAN[-20]*2+44.09
#23=#21+7.59
G0 X#22 Z#23
G32 U32.02 W-44 F6
G0 X85
Z10
#21=#21-0.1
END3
G0 X150
Z150
M30
4 在橢圓面上進行圓弧螺紋加工，如圖4
圖4
說明：采用R3圓弧刀，因為進、退刀都沒有進退刀槽所以采用螺旋進退刀方式。
加工程序
T0101
G99 G0 X150 Z150
M03 S700
G0 X52 Z10
#1=19
WHILE[#1LE129.5]DO1
#2=SIN[#1]*22.5
#3=COS[#1]*55
#4=#2*2
#5=#3-55
G32 X#4 Z#5 F12
#1=#1+5
G32 X52 F12
G0 Z10
END1
G0 X150 Z150
M30
特別注意，在以上四種典型的特殊螺紋加工過程中，由于螺距較大，有些數控車床可能對最高切削速度有限制，所以使轉速受到一定約束。但是我們可以通過修改車床相關參數提高切削速度。例如在廣州數控GSK980TDa的數控車床系統中，可以設置27號系統參數為8000(一般默認設置為5000)。
隨著數控加工技術不斷發展，可能會有更好的特殊螺紋加工方法。本文所提出的方法僅供參考，在實踐應用中，由于存在機械損耗、振動、伺服系統定位精度等各種因素，仍存在少許誤差，只要精車余量稍留多些就可修正。
在修改參數值時，要注意螺紋切削中各軸指數加減速的下限值的設置。在不同數控系統和不同數控機床中，其軟件設計升降速規律不同，參數設置也會有所不同，這就需要另行處理、解決才能達到最佳的效果。
參考文獻
[1]沈建峰，朱勤蕙主編.數控加工生產實例.北京：化學工業出版社出版，2007，1.
[2]全國數控培訓網絡天津分中心.數控編程.北京：機械工業出版社，1997，3.
[3]唐應謙主編.數控加工工藝學.北京：中國勞動社會保障出版社，2000，5.
[4]數控加工技師手冊.北京：機械工業出版社，2005，4.
巧用宏程序編程加工非標梯形螺紋【3】
摘 要： 加工螺紋一般采用成型刀具，非標準螺紋加工往往需要定制刀具。這不但增加了加工的成本，而且由于刀具的誤差造成螺紋牙型不正確。在此巧妙應用宏程序就能夠很好地彌補不足，收到事半功倍的效果。
關鍵詞： 螺紋加工 非標梯形螺紋 宏程序 進刀方法
螺紋加工是機械加工中最常見的加工類型之一，在數控機床正在革命性普及的今天，在數控車床上加工螺紋正越來越多地被使用。要高質量、高效率地加工螺紋，正確合理地使用數控車削加工螺紋的方法就變得至為關鍵。
而三角螺紋、梯形螺紋現在在加工方面的應用就已經非常廣泛。我就借助于宏程序中變量的使用，從編程加工方面探討了數控車削非標梯形螺紋的方法。
一、螺紋車削指令分析
螺紋編程指令主要有三個，適用在不同情形當中。
1.單刀螺紋切削指令
格式：G32 X_ Z_ F_;
其中X、Z為螺紋切削終點的坐標值，F為螺紋的導程。
其加工軌跡如圖1。
2.簡單循環螺紋切削指令
格式：G92 X_ Z_ F_;
指令中X、Z、F的含義與G32的相同。
其加工軌跡如下圖。
G92循環軌跡
3.復合循環螺紋切削指令G76
格式：G76 P(m)(r)(a) Q(△dmin) R(d)
G76 X(u) Z(w) R(i) P(k) Q(△d) F(f)
指令中m:精加工重復次數(1至99)(用兩位數表示如02)
r:螺紋尾端倒角值(用兩位數表示0―99L如1.2L為12(L為導程))
a:螺紋牙型角，可選擇80度、60度、55度、30度、29度、0度，用2位數指定。
△dmin:最小一次吃刀量單位是微米(最小切削深度)(數字后不準加小數點)。
d：最后一次吃刀量單位是微米(數字后不準加小數點)。
X、Z坐標：最后一刀螺紋切削的終點坐標。
i:螺紋部分的半徑差，如果i=0，即為直線螺紋切削。
k:螺紋牙型角高度=0.5413P(單位是微米)，這個值在X方向用半徑值指定。
△d:第一次的切削深度或叫吃刀量(單位是微米)。
F：螺紋的導程。
其軌跡如下圖。
螺紋切削循環指令G76軌跡 G76循環單邊切削及其參數
二、螺紋車削進刀方法分析
螺紋車削的進刀方法有許多種，但在數控車削中一般使用的就只有直進法和斜進法兩種。
1.直進法
車螺紋時在每次往復行程中，車刀作X向進刀，車刀兩側刃同時參加切削，經多次行程把螺紋車好的方法。此種方法的特點是操作簡單，但容易產生扎刀現象，只適用于螺距較小的螺紋。指令G32和G92就是采用的這種方法。
2.斜進法
在螺紋切削的每次行程中，車刀同時作X向和Z向單側進刀，車刀單側刃參加切削，多次往復把螺紋車好的方法。此種方法的特點是計算復雜，但其只用單刃切削，不易扎刀，適用于螺距較大的螺紋。指令G76就是采用的這種方法。
三、編程思路
非標準梯形螺紋具有梯形螺紋加工的共性，即牙型深、導程大，也有其個性，即牙型角是非常規的。因此可以利用宏程序適應變化的特點來解決這個問題，也就是借鑒G76指令的思路，斜向進刀可以避免車刀兩側刃都參加切削，同時沿著牙側斜進又能保證螺紋牙型角的正確。
四、編程實例
在本例中出現的是牙型角為45°的非標準的螺紋，要加工此類螺紋首先讓人想到的就是成型加工法即使用45°的螺紋成型刀。而我現選用30°梯形螺紋車刀，刀頭寬度取大于槽底寬的1/2小于槽底寬，設為a，使用宏程序編程采用左右斜進法進刀。
其軌跡如下圖。
右側斜向進刀軌跡左側斜向進刀軌跡
程序如下：
O2011;
T0101;
M03 S200;
#1=0.1; #1為右向X軸進刀量
N1 G00 X94 Z4;
#2=#1*TAN22.5;#2為右向Z軸每次移動量
G00 X[92-#1*2] W-#2;
G32 Z-47 F8;
G00 X94;
#1=#1+0.1;
IF[#1LT4]GOTO1;
#3=0.1; #3為左向X軸進刀量
N2 G00 X94 Z[6.55+a];
#4=#3*TAN22.5; #4為左向Z軸每次移動量
G00 X[92-#3*2]W#4;
G32 Z-47 F8;
G00 X94;
#3=#3+0.1;
IF [#3LT4] GOTO2;
G00 X100 Z100;
M05;
M30;
此種方法就類似于G76的斜進法，但G76只能沿右側斜進，而在本例中既使用G76右側斜進的原理，又考慮左側由于刀具牙型角不夠也用斜進法來加工完成。這當中#1和#3的每次進給量可以控制螺紋左右側表面的形狀精度，在實例中選用的每次進給量為0.1，如果要求精度更高，就可以將其改小，但要注意不能太小，否則會影響系統計算時間和效率。
參考文獻：
[1]王公安.車工工藝學[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2005.6(第四版).
[2]沈建峰.數控車床編程與操作系統集錦(數控加工類)[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2008.6.
[3]孔春艷.螺紋數控車削編程方法的研究[J].工具技術，2008，VOL42.
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