數控車實操中異型牙螺旋線的編程與加工

陸霞　馬軍

摘 要：如何利用數控車床實操中異型牙螺旋線的編程和加工，并且用函數形式表達工件的曲面和輪廓，已經成為了現代數控技術的重要方法和主要功能，它也將成為數控加工、生產中的難點和技能大賽的重點。簡要分析和研究了數控車實操中異型牙螺旋線的編程和加工。

關鍵詞：數控車；異型牙螺旋線；編程；數控加工

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.04.108

在數控車床的加工過程中，其主要對象為多種類型的回轉面——錐面、圓柱面、球面和圓弧面的加工，可以選用圓弧插補和直線插補的指令來完成實際的加工。但是，對于拋物線和橢圓等非曲面的回轉體，加工存在一定的難度。數控機床本身自帶的插補方式不能對非圓形曲面回轉體加工，所以，在數控車床實際操作過程中，采用對拋物線和橢圓分段的逼近法編制程序。對于螺距比較大的螺紋，應該充分考慮刀具和機床的性能，不然就很容易出現扎刀和悶車的問題。

1 零件圖形分析

1.1 分析零件形狀

圖1為該零件的形狀。在零件的外圓加工1條異形螺紋，該螺紋是長軸為4.5 mm、短軸為3.5 mm的橢圓。該橢圓的方程式為：

.

該橢圓是圍繞著10 mm螺距螺旋制成的。

1.2 分析橢圓牙型螺紋的尺寸

在加工螺紋時要注意，在起始和結束兩端給刀具留出升速和降速的空隙，所以，起初把刀具起刀點偏出工件編程零點一定的距離，當出現一定的偏移時，放大牙型局部零件圖，根據橢圓方程建立橢圓坐標系。已知A到原心O點的距離是-2，由此可以計算得出橢圓O處在工件坐標系的坐標值，結果顯示起點為3.693 mm，終點為-3.693 mm，進而得出橢圓中心點的坐標為（64，5）.

2 加工刀具的選擇

從圖1中可以看出，選擇橢圓弧形成形刀具來加工最適合，其前提是圓弧和橢圓要完全吻合，但是，制造這種刀具是非常困難的，而且對精密度的要求極高，所以，不建議使用。經過多次試驗，選擇刀尖角為35°、主偏角為72.5°、主后角為6°～8°、半徑為0.2 mm的圓弧尖刀來加工。

3 編程思路

如圖1所示，螺紋按照截面形狀可以大致分為30°梯形螺紋、鋸齒形螺紋、60°三角形螺紋和矩形螺紋等。這些螺紋的牙型都是標準值，采用常用成型刀加工即可。而異形螺紋牙型沒有規則，尤其是橢圓形螺紋，只能編輯宏程序加工。在加工時，所使用的尖刀的刀尖角為35°，并且尖刀既能按照螺紋規律車出螺紋，又可以按照橢圓形狀運動。在編程時，一定要注意橢圓形狀變化的關系，列出關系式并采用宏程序編程。數控機床通常提供圓弧和平面直線插補功能，通過異型螺紋截面，根據螺距和牙型角確定方程，然后將平面輪廓平均分割成若干個小段。在編程時，通過建立加工輪廓的節點和基點數學模型，依靠CNC精密度的數據計算和處理，立刻計算出加工節點的坐標數據，從而控制加工過程中的具體情況。

4 編程與加工

利用陰影部分可以把平面分成許多個小段，也就是指需要被切除的部分。在選擇刀具時要注意角度問題，為了避免在加工過程中出現干涉問題，所以，應該選用刀尖角為55°或外圓車刀為35°的刀具。在削切時，因為分加工螺距達到10 mm，使得刀具承受的阻力相對比較大，所以，對刀具和車床的要求也相對比較高。而機床的速度可以選擇為300 r/min左右，在實際加工過程中，在調整外圓X的余量磨耗時，需要分三次進行，第一次需要加工1.6 mm，第二次需要加工1 mm，第三次需要加工0.4 mm。在第三次加工過程中，應該執行進刀加工，減小歩距，降低表面粗糙程度。

5 精度控制

為了確保零件的加工精度，工件對刀時，X向留出約0.3 mm的余量。車完螺紋后，用游標卡尺測量，通過磨耗修調尺寸，進而達到要求的精度。

6 加工過程中的注意事項

車切螺紋時，主軸轉速計算公式為：

.

式（2）中：v為允許通過的最大運轉速度；L為螺紋螺距；n螺為主軸轉速。

依據機床的實際情況，適當地調整布距和切深，以適應刀具的性能，最大限度地發揮刀具的作用。實驗證明，在異型牙螺旋線的編程和加工過程中，加工過程是可行的。在合理地分析工件的零件圖形后，選擇正確的刀具，并設計出科學的編程思路。在加工異型牙螺旋線時要特別注意一些問題，以便能夠最大限度地提高工件的性能。

7 結束語

上述內容是異型螺紋橢圓牙型螺紋的編程、加工和精度控制。通過這種編程思路能延伸出各類形狀的螺紋編程，比如圓弧螺紋、拋物線螺紋都屬于二次函數曲線螺紋和正、余弦線螺紋等三角函數曲線螺紋。只要在編程時將上述提到的橢圓函數表達式變更為圖紙要求的相應函數表達式即可，通過計算得出起點和終點坐標值，相應的程序編制就完成了。與橢圓螺紋加工一樣，需要利用尖形車刀加工，這樣可以有效防止加工過程中工件和刀具之間產生的干涉。異形螺紋編程是通過變量設置宏程序，有效地簡化復雜形狀零件的數控編程計算，進而減少刀具的投入。這是因為其通用性較強，所以，在實際加工中非常實用。

參考文獻

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〔編輯：白潔〕