成型刀在特殊曲線上車削螺紋編程及應用研究

摘 要：標準刀具在圓柱或圓錐輪廓上車削螺紋，用以滿足通常情況下的市場需求。但隨著市場產品的更新換代對零件加工要求越來越高，使得在特殊曲線輪廓上加工螺紋變得尤為重要，目前，成型刀在特殊曲線上車削螺紋在制造業中是一項重要的技術難題。所以，基于FANUC 0i數控系統利用宏程序在特殊曲線上加工螺紋的研究具備一定意義。

關鍵詞：數控車床;成型刀;特殊曲線;螺紋

成型刀在特殊曲線上車削螺紋編程及應用研究，其中涉及的技術層面主要包括：螺紋刀具設計與制作的多樣性、特殊曲線及在特殊曲線上切削螺紋的編程等技術問題。解決以上兩點問題，對解決特殊曲線輪廓上加工螺紋起到關鍵性的作用。首先要具備切削螺紋的刀具，其次才能根據刀具的幾何參數編制數控程序。最后主要針對某些軸類零件上出現的特殊曲線輪廓上需要加工多樣性質的螺紋特征問題進行分析，以得出問題的解決方案。

1 成型刀具的制造過程探討

成型刀有標準和非標準的形式之分，線切割機床是制作非標成型刀的主要設備之一，需根據加工產品材質選擇適當的刀具材料，加工銅、鋁合金等材質硬度偏低的材料通常選用高速鋼作為成型刀坯體，加工45鋼、不銹鋼等材質偏硬的材料則選用硬質合金的刀具坯體。

然而線切割機床分為：慢走絲、中走絲和快走絲三種。考慮到產品的加工效率和質量，可先選使用快走絲將非標刀具坯體的大部分余量去除，再選用慢走絲加工保證刀具幾何形狀的尺寸精度。將切割好的非標成型刀在金剛石砂輪上磨削開刃，完成刀具制作。根據螺紋形狀要求制作仿形刀具，可以充分擺脫螺紋牙形的限制。

2 特殊曲線的類型與編程分析

宏程序是特殊曲線編程的工具，在所編輯的程序體中設定自變量和因變量，通過算術、邏輯運算和條件轉移等語句，來實現特殊曲線的編程。應用在軸類零件上常見的特殊曲線有：橢圓、拋物線、雙曲線等等。將其對應的標準公式化簡轉換成編程公式，用宏程序賦值設定變量放置到程序體中即可完成特殊曲線的編程。

2.1 以拋物線為例解析特殊曲線編程

已知圖1拋物線X軸尺寸為：5mm，Z軸尺寸為：-15mm，拋物線公式為：X2=-2PZ。

1）轉換方式：

根據：X2=-2PZ （拋物線公式）

因為：-2P===1.6 （將拋物線尺寸代入公式）所以：X2=-1.6Z

所以：X= （拋物線編程公式）

2）將編程公式代入宏程序語句：

#1 = 0.;X軸為自變量

#2 = 0.;Z軸為因變量

WHILE [ #2 GE -15. ] DO1;當#2大于或等于-15時執行DO1循環語句

#1 = SQRT [ -1.6 * #2 ];拋物線編程公式寫入

G01 X [ #1 * 2 ] Z [ #2 ];兩軸移動量

#1 = #1 + 0.2;X軸每次累計0.2mm移動

END1;不滿足判斷條件時結束

3 以橢圓輪廓為例車削非標三角螺紋綜合應用

在長半軸為20mm，短半軸為10mm的橢圓上加工螺距P=2mm的螺紋編程，如圖3-1

毛坯材質：6061鋁;毛坯尺寸：Φ32*80 mm;刀具：非標三角螺紋刀;車削轉速：800r/min;背吃刀量：0.5mm，精光余量：0.2mm。

將毛坯夾持在三爪卡盤上，伸出長度：55mm，利用G73仿形車削循環指令先粗車Φ30外圓和橢圓，長度50mm，通過G70復合循環精加工指令精車Φ30外圓和橢圓長度50mm。然后通過G32螺紋單步加工指令配合宏程序在已加工好的橢圓軌跡上車削螺紋。

O0001;程序名稱

N1 G00 G40 G97 G99;粗加工螺紋軌跡輪廓

N2 M03 S800 T0101 F0.2;切削參數

N3 X34.Z-25.;循環點

N4 G73 U4. R4.;仿形循環加工指令

N5 G73 P6 Q17 U0.3 W0.;

N6 G00 Z0.;

N7 G01 X30.;

N8 W-5.;

N9 #1 = 0.;因變量賦值

N10 #2 = 20.;自變量賦值

N11 WHILE [ #2 GE -20. ] DO1;當#2大于或等于-20執行循環體1執行

N12 #1 = -10 * SQRT [ 20 * 20 - #2 * #2 ] / 20.;橢圓編程公式寫入

N13 G01 X [ #1 * 2. ] Z [ #2-25. ];X軸與Z軸的變化量

N14 #2 = #2 - 0.2;

N15 END1;循環體1結束

N16 G01 W-5.;

N17 G00 X34. Z-25.;

N18 X100. Z100.;

N19 G00 G40 G97 G99;精加工螺紋軌跡輪廓

N20 M03 S800 T0101 F0.1;

N21 X34. Z-25.;

N22 G70 P6 Q17; 精加工指令

N23 G00 X100. Z100.;

N24 M05;主軸停止

N25 M00;程序停止

N26 G00 G40 G97 G99;切削橢圓軌跡螺紋

N27 M03 S800 T0101 F0.2

N28 X32.Z-5.;

N29 #1 = 0.;

N30 WHILE [ #2 GE -2.6 ] DO2;當滿足中括號條件則執行END2內程序段

N31 #2003 = #1;刀補宏代碼設定

N32 T0101 執行1號刀位

N33 #2 = 0

N34 #3 = 20

N35 WHILE [ #3GE -20. ] DO3;終點判斷語句

N36 #2 = -10 * SQRT [ 20 * 20 - #3 * #3 ] / 20.;

N37 G32 X [ #1 * 2 ] Z [ #2 - 25 ] F2. 螺紋切削指令

N38 #3 = #3 - 0.2 ;

N39 END3 循環體3結束

N40 G00 X32. Z-5.;

N41 #1 = #1 - 0.5;

N42 IF [ #1 LE -2.5 ] THEN #1= #1 - 0.2;當切削深度小于2.5mm精光0.2mm

N43 END2 循環體2結束

N44 G00 X100. Z100.

N45 M30 程序結束

4 結論

1）成型刀不同于標準刀，需要在車削螺紋前根據所車削螺紋的特點及要求加工出適用的成型刀。

2）成型刀在特殊曲線上車削螺紋與標準刀在圓柱或圓錐輪廓上車削螺紋相比，成型刀加工更加困難，但成型刀能夠加工標準刀不能加工或加工不到位的地方，是針對標準刀的一種強有力的補充。

3）本文旨在分析成型刀在特殊曲線上車削螺紋的編程及應用，用以應對市場特殊需求。

參考文獻

[1]羅永新.數控線切割機床操作與加工技能實訓.化學工業出版社，2008.

[2]杜軍.數控宏程序編程手冊.化學工業出版社，2014.

[3]楊樂.數控車工編程與加工技術.重慶大學出版社，2014.

作者簡介

韋世勇，天津職業技術師范大學畢業，主要從事機械制造、數控技術等方面研究。