基于MATLAB的非圓曲線螺紋數(shù)控車削加工研究

王萬里 劉子恒 董笑天 智鑫培 王瑋

摘 要：在數(shù)控車削編程中，非圓二次曲線回轉(zhuǎn)體零件的螺紋加工是一個難點。首先利用 MATLAB 軟件計算非圓曲線螺紋宏程序的牙底直徑，分析實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，驗證螺紋程序的可加工性。從而方便地實現(xiàn)了二次曲面螺紋的數(shù)控加工。實驗表明，該方法具有更好的加工柔性和更快的加工效率。

關(guān)鍵詞：MATLAB；宏程序；非圓二次曲線螺紋；數(shù)控加工

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.222

0 引言

在數(shù)控車車削編程加工過程中，當(dāng)零件輪廓帶有非圓曲線螺紋（如二次曲線、漸開線、拋物線等）型面時，由于該種零部件型面上午幾何要素的特殊性，與常規(guī)的帶有圓柱、圓錐等型面的零部件相比，二次曲面螺紋的編程、加工、檢測相對復(fù)雜。如用軟件編程，則生成的程序結(jié)構(gòu)容量較大，檢查、修改困難。實際加工中，用宏程序編程，能夠給我們帶來諸多的方便，但是程序檢驗比較困難。本文借助MATLAB軟件，以數(shù)控車床上加工橢圓螺紋為例，分析宏程序編制二次曲線螺紋加工程序的基本思路、技巧及驗證方法。

1 零件編程分析

以橢圓為例，為了和數(shù)控車編程坐標(biāo)系參數(shù)一致，橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程的參數(shù)y、分別相對應(yīng)的是數(shù)控車、坐標(biāo)軸，橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程改為：

，加工螺距為2的普通三角螺紋，尺寸如圖1所示。

根據(jù)工件圖示尺寸可以看出，運用數(shù)控車的宏程序編程可以實現(xiàn)外緣輪廓加工，再利用螺紋加工宏程序語句實現(xiàn)螺紋加工，程序如下：

O0001；

M03 S800；

T0202；

G00 X30 Z5；

G73 U4 R4； （外輪廓粗加工）

G73 P10 Q20 U0.5 F0.12；

N10 G00 X20；

G01 Z0；

#1=0； （橢圓宏程序）

N1 #2=20*COS[#1]-20；

#3=4*SIN[#1]+20；

G01 X[#3] Z[#2]；

#1=#1+1； IF[#1 LT 181] GOTO1；

N20 G01 X30；

M03 S1000；

T0202；（外輪廓精加工）

G00 X30 Z5；

G70 P10 Q20 F0.05；

G00 X100 Z200；

M03 S400；

T0606；（橢圓面螺紋加工宏程序）

G00 X30 Z5；

#7=0.2； N2 #4=0； G00 X30； Z0； X[20-#7]；

N3 #5=1-[#4+20]*[#4+20]/400；

#6=20+4*SQRT[#5]；

G32 X[#6-#7] Z[#4] F2；（螺距是2）

#4=#4-2；

IF[#4 GT -42] GOTO 3；

#7=#7+0.2； （精加工螺紋牙型）

IF[#7 LT 0.8] GOTO 2；

G00 X30；

X100 Z200；

T0404；

G00 X30 Z-43；

G01 X0；

X100；

Z330；

M05；

M30；

2 MATLAB軟件分析螺紋加工宏程序

考慮拋物橢圓加工特性和螺紋加工方便對刀，工件坐標(biāo)系設(shè)置在橢圓右端面，編程時只考慮該拋物線z軸取值都在負(fù)半軸、x軸取值都在正半軸的數(shù)值，輸出程序如下：

a=20；

b=2；

z=-40：2：0；

x=（b/a）*sqrt（a^2-（z+20）*（z+20））；

plot（z，x，'.r'）；

axis（[-40 0 0 3.5]）；

xlabel（''）；

ylabel（''）；

title（''）

set（gca，'ydir'，'reverse'）；

上述程序輸出圖2所示：

橢圓底徑尺寸坐標(biāo)值輸出如表1。

由于螺紋車削時的走刀速度較快， 隨著切削深度增加，螺紋刀具兩側(cè)的切削刃聚集了較高的切削力，圓弧

曲率變化還會導(dǎo)致車刀兩側(cè)切削刃受力不均，牙型側(cè)面的粗糙度因此不同。下圖為使用本文宏程序進行加工橢圓曲面螺紋加工成品，如圖3。

結(jié)合圖2和表1可以看出，通過MATLAB軟件驗證二次曲面螺紋宏程序的螺距以及底徑尺寸是否滿足加工要求，比軟件作圖和手工測量更容易，更方便。

3 總結(jié)

MATLAB軟件結(jié)合數(shù)控宏程序，實現(xiàn)二次曲線輪廓編程加工的驗證，方法簡單，輸出圖形直觀，隨著工業(yè)產(chǎn)品性能要求的不斷提高，非圓曲線零件的應(yīng)用越來越廣泛、精度要求越來越高。結(jié)合MATLAB軟件，對非圓曲線的宏程序編程以及加工中出現(xiàn)問題的地方直接通過軟件計算出來，操作者可以依據(jù)零件精度要求更改宏程序參數(shù)，提高了加工效率。

參考文獻：

[1]王恒廠，周燕飛.由C語言程序格式解析宏程序[J].現(xiàn)代制造工程，2008（05）：126-127.

[2]北京法那科機電有限公司.Fanuc 0i mate TC 操作說明書[S].2007.

[3]王恒廠，閆方等.基于MATLAB的復(fù)雜型面數(shù)控加工編程[J].機械制造與自動化.2016（02）：111-113.

基金項目：大學(xué)生創(chuàng)新基金（2018CX92306）

作者簡介：王萬里（1971-），男，南京人，助理工程師，主要研究方向： CAD /CAM。