華中數控系統變螺距螺紋車削加工程序設計

沈 羽，王西建

（河南質量工程職業學院，河南平頂山 467000）

0 引言

變螺距螺桿在工業生產中用途十分廣泛，但是變螺距螺桿螺紋的加工卻是個難題，普通設備很難或者根本沒法加工。CAD/CAM自動編程軟件能自動生成G代碼，可是通用性不強，程序調整、修改不方便。發那科數控系統、西門子數控系統均提供了變螺距螺紋切削指令，而華中數控系統目前沒有提供相應指令，這給在華中數控系統車床上加工變螺距螺紋帶來了很大不便。現代數控系統都具有強大的宏程序功能，利用宏程序強大的變量設置、邏輯判斷和程序控制功能，可以方便地去控制復雜螺紋的加工。利用華中數控系統中的宏程序功能，結合華中數控系統的G32螺紋車削指令，設計編寫出了變螺距螺桿螺紋加工的宏程序模板，解決了變螺距螺桿螺紋的加工這一難題。

1 變螺距螺紋分析

常見的變螺距螺紋螺距變化符合等差級數規律，沿著螺旋線方向逐漸增大或減小，螺距值不定。勻變螺距螺紋有等槽寬變螺距螺紋和等牙寬變螺距螺紋兩種類型，如圖 1和圖 2所示。從數學知識可知，第n節螺紋的螺距：Pn=P1+（n-1）ΔP，其中P1為螺紋初始螺距，ΔP為螺距變化。螺紋總長Ln=P1+P2+P3…+Pn=nf1+n（n-1）ΔF/2。Fanuc數控系統提供了變螺距螺紋切削指令G34，而華中數控系統沒有變螺距螺紋切削指令，目前華中數控車床提供的螺紋編程指令有螺紋車削單一固定循環指令G82、螺紋車削復合固定循環指令G76和單行程螺紋車削指令G32等3種。G32螺紋車削配合宏程序指令可以完成變螺距螺紋的加工。

2 變螺距螺桿加工工藝分析

圖1所示為等槽寬變螺距螺桿，現僅分析變螺距螺桿螺紋部分的加工工藝與程序編制。

（1）工件的裝夾。螺桿類零件通常徑向尺寸相對較小，軸向尺寸相對較長，車削加工時工件剛性差，易發生彎曲、震動，影響加工質量。加工時要確保零件有足夠的裝夾強度，所以裝夾時一般采取一夾一頂的裝夾方法。

圖1 等槽寬變螺距螺桿

圖2 等牙寬變螺距螺紋

（2）加工方法。變螺距螺紋一般具有牙型深、寬度大、螺距大等特點。在螺紋車削過程中，切削余量和切削抗力也比較大。隨著車削深度的不斷加深，螺紋刀與螺紋兩側面接觸面積逐漸增大，加工會越來越難，輕則產生顫動，縮短車床和刀具的使用壽命，甚至出現扎刀、崩刃、斷刀等，損壞工件。為了解決可能出現的這些現象，在加工過程中可采取分層車削和每層左右切削的方法，從而有效解決大螺距、較深螺紋車削時刀具受力過大的問題。車削螺紋時，將螺桿的牙槽按一定的深度和寬度分成若干層，逐層地進行切削。即便螺紋的牙槽很深，但是切削力基本相同。對于每一層，使用寬度較窄的牙型合適的螺紋車刀，先從螺紋牙型中間橫向下刀切至一定深度，車削螺紋，然后再左右兩邊縱向進給車削至需要保留的精加工余量，接著再進一層，再從螺紋牙型中間橫向下刀車削，如此反復直至牙槽底部。

采用分層車削，每層左右切削法車削變螺距螺紋，每次切削時必須改變螺距和相應的起刀點位置。粗車后表面粗糙度值較高，根據需要和切削余量可進行精車加工。

（3）刀具的選用。應根據不同的切削要求和螺紋牙型、粗精加工要求，選擇不同形狀和尺寸的刀具。本例中螺紋牙型為矩形，牙槽寬為10 mm，故選用刀具寬度為4 mm的槽刀。第一個螺距20 mm，從坐標系零點的螺距實際是F=20-10=10 mm，考慮到螺紋導入距離，選擇切削起點距離右端螺紋端面5 mm，每螺距的變化量為10 mm。

（4）走刀路線與加工流程圖。本例采用直進式分層車削，在對螺紋進行車削時分成10層，而每層又分成7刀進行加工，螺紋牙中間1刀，左右各3刀，走刀路線如圖3所示。以螺紋小徑作為分層切削的臨界條件，以螺紋每層左右切削次數和螺紋長度作為螺紋連續切削的條件來進行宏程序的編制，程序設計流程如圖4所示。

圖3 走刀路線

圖4 加工程序流程

3 變螺距螺紋加工宏程序設計

O1234；//程序號 （FANUC 0i，//后文字內容為本例程序解釋）

T0303； //調用螺紋車刀

M03S100； //主軸低轉正轉，右旋螺紋

#1=140.0； //螺紋大徑D

#2=120.0； //螺紋小徑d

#3=-270.0； //螺紋長度，螺紋終點Z坐標

#5=10.0； //每螺距變化量ΔP

#6=10.0； //牙寬

#7=4.0； //刀寬

#8=10； //X向切削分層數

#9=[#1-#2]/#8；//X向每層切深，直徑值

#10=3； //每層左右切削次數初始值

#11=#6-#7； //Z向左右切削移動總量

#12=#11/#10； //Z向左右切削每次移動量

#13=#1+5.0； //螺紋車刀X向快速定位值

#14=5.0； //切削起點距離螺紋起始端面5 mm

#15=#12； //Z向左右切削移動變量初始值

G64； //連續切削功能

G00X#13； //刀具X向快速定位

G00Z#14； //刀具Z向快速定位

WHILE[#1GT#2]； //螺紋深度切削循環判別

G00X[#1-#9]； //到達切削層

WHILE[#10GT0]；//每層左右切削次數判別

G00Z#14； //到達螺紋切削起點

#4=10.0； //螺紋起點螺距P

G32X[#1-#9]Z0F#4；//從Z5到Z0，螺距為10，進入螺紋切削狀態，保持切削平穩性

#16=0； //螺紋長度，初始值為0

WHILE[#3LT#16]； //螺紋長度判別

#4=#4+#5； //螺紋螺距遞增

G32X[#1-#9]W[-#4]F#4； //切削螺紋中間

#16=#16-#4； //螺紋長度遞增

ENDW； //循環結束

G00X#13； //刀具在X方向回退

G00Z#14； //刀具在Z方向回退

G00W#15； //螺紋切削起點偏移

#4=10.0； //螺紋起點螺距P

G32X[#1-#9]Z[0+#15]F#4；//從 Z[5+#15]到 Z[0+#15]，螺距為10，進入螺紋切削狀態，保持切削平穩性，切右側螺紋

#16=0； //螺紋長度初始值

WHILE[#3LT#16]； //螺紋長度判別

#4=#4+#5； //螺紋螺距遞增

G32X[#1-#9]W[-#4]F#4； //螺紋切削

#16=#16-#4； //螺紋長度遞增

ENDW； //循環結束

G00X#13； //刀具在X方向回退

G00Z#14； //刀具在Z方向回退

G00W[-#15]； //螺紋切削起點偏移

#4=10.0； //螺紋起點螺距P

G32X[#1-#9]Z[0-#15]F#4； //從 Z[5-#15]到 Z[0-#15]，螺距為10，進入螺紋切削狀態，保持切削平穩性，切左側螺紋

#16=0； //螺紋長度，初始值為0

WHILE[#3LT#16]； //螺紋長度判別

#4=#4+#5； //螺紋螺距遞增

G32X[#1-#9]W[-#4]F#4； //螺紋切削

#16=#16-#4； //螺紋長度遞增

ENDW； //循環結束

G00X#13； //刀具在X方向回退

G00Z#14； //刀具在Z方向回退

#15=#15+#12； //Z向左右切削移動量遞增#10=#10-1；//每層左右切削次數遞減

ENDW； //循環結束

#1=#1-#9； //螺紋切削深度遞增

ENDW； //循環結束

G00X100.0Z100.0M09； //退刀，切削液關

M05； //主軸停

M30； //程序結束返回

4 結語

在華中數控HNC-21/22T機床上，通過對加工過程進行驗證分析，結果表明：該例中工藝方案和編程思路能適用于普通螺紋、梯形螺紋、矩形螺紋等不同類型、不同增量的可變螺距螺紋的加工。對于變螺距普通螺紋、梯形螺紋、圓弧螺紋等的加工，只需根據螺紋牙型對相應變量賦值，正確表達程序中刀具Z向進刀后所得的X坐標表達式即可。