凹橢圓輪廓上車三角形螺紋■江蘇省江陰中等專業(yè)學校 （214433） 黃冬英 彭 正 摘要：介紹在凹橢圓輪廓上車三角形螺紋宏程序中加工起點坐標、終點坐標的確定方法，以及編程思路和加工方法。 近十年來，數控技能大賽的競賽難度不斷加大，題目圖形不斷推陳出新，各類異形螺紋也在不斷推出。這類異形螺紋形式多樣，很難用CAD/CAM自動編程來加工，僅用專門的螺紋加工指令G32、G92和G76也無法實現，多數只能用宏程序手工編程來實現。本文介紹的是在凹橢圓輪廓上車三角形螺紋，著重介紹螺紋加工起點、終點坐標的確定，相關尺寸的計算，編程思路和宏程序編制加工程序。所選用的數控系統是FANUC 0i-T。 1.零件圖分析零件材料為45鋼，如圖1所示，主要由φ35mm外圓、退刀槽和異形螺紋組成。此異形螺紋的特征為在凹橢圓輪廓上加工三角形螺紋，螺距為4mm，螺紋牙深為1.5mm，螺紋有效長度為30mm，由此確定選用三把車刀來加工，分別是93°外圓車刀、5mm切槽車刀和 60°外螺紋車刀。 2.編程思路為方便計算，將圖1簡化，如圖2所示。 橢圓方程為 異形螺紋的編程思路：沿著凹橢圓輪廓進行螺紋加工，移動步距等于螺距。每移動一個步距，依次求出X、Z的節(jié)點坐標，然后用逼近的方法結合G32指令來編程，至橢圓終點后才能退刀，先沿X軸退刀，再沿Z軸退刀，異形螺紋完成一個車削循環(huán)。  圖 1 橢圓方程的坐標與工件坐標系中的坐標之間的對應關系非常重要。橢圓方程的原點在橢圓中心，橢圓中的X值對應工件坐標系中的Z值，橢圓中的Y值對應工件坐標系中的X值。 橢圓X向的坐標用#1作為變量，對應點的Y向的坐標用#2作為變量，代入橢圓方程中，求出相應的值，取正值。接著把坐標值與工件坐標系中的值進行轉換，X1＝90－2×#2，Z1＝#1－15。然后將#1減去1個移動步距（即1個螺距4mm），計算出新的#2值，再轉換到工件坐標系中，得出新的X2和Z2坐標。把（X1，Z1）作為螺紋的起點，把（X2，Z2）作為螺紋的終點，執(zhí)行G32指令。之后將#1再減去1個移動步距，計算出新的#2值，再轉換到工件坐標系中，得出新的X3和Z3坐標。把（X2，Z2）作為螺紋的起點，把（X3，Z3）作為螺紋的終點，執(zhí)行G32指令。依次循環(huán)，直至橢圓輪廓上的螺紋加工結束，退出循環(huán)，退刀時先X向、后Z向。  圖 2 3.加工方法加工過程為：①用外圓車刀粗、精車外圓，凹橢圓輪廓。②用切槽刀車削退刀槽。③用60°外螺紋車刀車異形螺紋（通過修改磨耗實現粗、精加工）。 在加工過程中，異形螺紋X向總切削深度為3mm（直徑量），采用直進法將切削深度遞減進行車削，分多次加工完成。第一刀的切削深度可選大些，建議不要超過0.8mm，然后0.6mm、0.4mm、0.3mm，……，最后0.1mm進行精車，使磨耗從-0.8mm逐漸改至-3mm，完成整個異形螺紋的加工。 4.螺紋加工起點坐標的確定方法（1）Z坐標的確定。螺紋加工起點坐標應在橢圓輪廓上，橢圓起點坐標為（X42，Z9）。確定方法為：在加工螺紋時，為了保證螺紋牙型完整、不亂牙，應有一個升速進刀段，這個距離通常選2個螺距值。本例中橢圓的有效長度為30mm，一半就是15mm，為了達到左右橢圓螺紋對稱，從橢圓的原點開始計算，4個螺距等于16mm，正好在螺紋的右端1mm處，這個1mm滿足不了升速距離的要求，因此再加上2個螺距作為升速進刀段，所以橢圓的起點距離定在X24（#1）處（轉換到編程坐標系的Z坐標起點應為9mm處）。 （2）X坐標的確定。把X（#1）=24代入橢圓方程式，求得Y（#2）=24，轉換到編程坐標系中的X坐標是直徑量，橢圓中心到Z軸的距離為45mm，X向半徑量＝45－24＝21（mm），則直徑量=42mm，即為起點的X坐標值。所以最終確定在工件坐標系中的起點坐標為（X42，Z9）。 5.螺紋加工終點坐標的確定方法螺紋加工終點坐標也應在橢圓輪廓上，坐標值的確定方法可以參考起點坐標的計算方法，減速退刀段通常選取0.5～1個螺距，本例中Z向走刀總長度應為螺距的整數倍，同時一定要結合退刀槽的位置來確定，因此減速退刀距離取值可以適當靈活些。本例中選工件坐標系中的Z值為－35，從－31到9正好是40mm，恰巧等于10個螺距，又大于螺紋有效長度30mm，滿足要求。終點的X坐標由宏程序根據變量利用橢圓方程自動求出。 6.加工程序橢圓上車三角形螺紋的加工程序如下： O0002 程序名 M03 S600 主軸正轉 T0303 選用60°三角螺紋車刀 M08 切削液打開 #1=24 #1為橢圓中的X值 G00 X42 Z9 定位到加工起始點 N20 #1=#1-4 X值改變一個步距 #2=30*SQRT[1-#1*#1/1600] 計算橢圓中的Y值 #3=45- #2 計算工件坐標系中的X半徑量 G32X[2*#3] Z[#1-15] F4 車螺紋至第一點，螺距為4 IF[#1GT-20]GOTO 20 判斷X值是否在范圍之內 G00 X150 X向退刀 Z150 Z向退刀 M05 主軸停轉 M09 切削液關閉 M30 程序結束 % 7.宏程序嵌套優(yōu)化加工程序以上程序的不足之處是只能完成車一刀螺紋，然后要通過手動修改磨耗值的方法，使車刀以遞減的切削量往里車削多次，才能完成整個螺紋的加工，效率較低。 基于宏程序有嵌套功能，結合對G76螺紋切削循環(huán)的加工軌跡的研究，對程序進行優(yōu)化，將切削深度放到宏程序中，仍采用遞減直進法進刀。第一刀切削循環(huán)時的背吃刀量為Δd，第二刀的背吃刀量為 螺紋的粗加工用遞減直進法，粗加工切深超過給定值（此處為2.6mm）時，判斷語句會跳出循環(huán)，執(zhí)行N25后面的精加工。留0.4mm作為精加工余量，每刀切深為0.1mm（直徑量）。粗加工次數根據設定的Δd值和判斷條件能自動求出。增加判斷條件的目的是為了避免在粗加工時，當第一刀切深Δd取值（如0.8mm）較大時，背吃刀量#15要滿足小于最小背吃刀量#25的時候，實際的切削深度早已超過圖樣的切深，仍在執(zhí)行宏程序的循環(huán)，導致螺紋報廢的現象。 優(yōu)化后加工程序如下： O0002 程序名 M03 S600 主軸正轉 T0303 選用60°三角螺紋車刀 M08 切削液打開 G00 X42 Z9 定位到加工起始點 #10=0.4 第一刀背吃刀量 #11=1 粗加工次數賦初值 #25=0.08 最小背吃刀量 N10 #15=[ SQRT[#11]-SQRT[#11-1]]*#10 背吃刀量計算 #20=2*SQRT[#11]*#10 計算切削深度 IF [#20GT2.6]GOTO25 切深到2.6mm時退出循環(huán)，執(zhí)行N25后的精加工 #1=24 #1為橢圓中的X值 G00 X[42-#20] Z9 定位螺紋加工起點 N20 #1=#1-4 X值改變1個步距 #2=30*SQRT[1-#1*#1/1600]計算橢圓中的Y值 #3=45- #2 計算工件坐標系中的X半徑量 #4=2*#3-#20 螺紋的X直徑坐標 G32X[#4] Z[#1-15] F4 車螺紋，螺距為4mm IF[#1GE-20]GOTO 20 判斷X值是否在范圍之內 G00 X45 X向退刀 G00 Z9 Z向退刀 #11=#11+1 加工次數加1 IF [#15GT#25]GOTO 10 判斷背吃刀量的值 N25 #30=0.05 每刀精加工背吃刀量 N30 #20=#20+#30*2 計算切削深度 #1=24 以下為精加工，程序與粗加工類似 G00 X[42-#20] Z9 N40 #1=#1-4 #2=30*SQRT[1-#1*#1/1600] #3=45- #2 #4=2*#3-#20 G32X[#4] Z[#1-15] F4 IF[#1GE-20]GOTO 40 G00 X45 G00 Z9 IF[#20LE3] GOTO 30 判斷切深是否到3mm，滿足則車螺紋結束 G00 X150 X向退刀 Z150 Z向退刀 M05 主軸停轉 M09 切削液關閉 M30 程序結束 % 8.結語實踐證明，若將該宏程序中的IF語句改用WHILE、ENDW語句來進行變換，也適用于華中數控系統。對于其他類型的異形螺紋也有一定的參考價值，如果將圖中橢圓的基本尺寸進行參數化，多設幾個變量，通用性將大大增強。 參考文獻： [1] 黃冬英.凸橢圓上車三角異型螺紋[J].機械工程師，2014（11）：171-172. [2] 朱明松.數控車床編程與操作項目教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2015. 專家點評 本例中的凹橢圓異形螺紋很難用CAD/CAM編程軟件和數控車床自帶的的螺紋加工指令來實現，在技能大賽中最便捷的方法就是宏程序手工編程。 作者著重介紹了異形螺紋的編程思路，在工件的凹橢圓輪廓上，控制螺紋加工的起點和終點坐標，以螺距遞增的方法，將多圈錐螺旋路徑擬合成一條完整的橢圓包絡線。為類似異形螺紋提供了實用的加工方法。 （收稿日期：20170406） |
|
|
。
，第n刀的背吃刀量為
，并設置一個最小切深Δd
