基于宏程序編程的變距螺紋加工*

杜 昕，李貴紅，巴寶蓮，王新民

（蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州730070）

0 引言

物料傳遞、塑料和飼料加工機械等特定行業(yè)，變距螺紋的使用尤其廣泛[1]，而且對這類零件的加工精度要求越來越高。現(xiàn)今，變距螺紋加工普遍采用普通車床加工，效率低，精度差，這已成為阻礙變距螺紋廣泛應(yīng)用的主要因素之一。

課題組基于宏程序編程，利用數(shù)控車床加工變距螺紋，保證了加工精度，極大地提高了生產(chǎn)效率，對增加企業(yè)效益、行業(yè)持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

1 變距螺紋

普通螺紋螺距都是相等的，但變距螺紋的螺距沿軸線方向逐漸有規(guī)律地變化。變距螺紋有等槽寬和等牙寬兩種形式[2]，如圖1、圖2所示。

圖1 等槽寬變距螺紋

圖2 等牙寬變距螺紋

2 變距螺紋加工

目前，對于變距螺紋的加工，行業(yè)普遍采用普通車床加工。主要有兩種加工方法：一種是采用手工擬合方式進行加工，這對機床操作人員的技術(shù)要求很高，且加工精度難以保證；另一種是利用凸輪變速機構(gòu)進行變速，使得普通車床能達到變距效果，但需要制作特殊輔助件，且加工效率低[3-5]。

3 變距螺紋宏程序編程

華中HNC-21T數(shù)控系統(tǒng)，雖然沒有配備專門的變距螺紋加工指令，但其配備了強有力的能夠進行算數(shù)運算、邏輯運算等類似高級語言的宏程序功能[6-7]，課題組以基于宏程序編程的等槽寬變距螺紋的加工為例。

3.1 G32指令格式及含義

在華中數(shù)控系統(tǒng)中，螺紋切削指令格式為：G32 X（U）__Z（W）__F__。

這說明：X、Z為絕對編程時，有效螺紋終點在工件坐標系中的坐標；U、W為增量編程時，有效螺紋終點相對于螺紋切削起點的位移量；F為螺紋導(dǎo)程，即主軸每轉(zhuǎn)一圈，刀具相對于工件的進給值，單線螺紋的導(dǎo)程和螺距數(shù)值相等。

3.2 編程思路

對于等槽寬可變導(dǎo)程螺紋，加工時賦予一個隨螺紋長度的增加而變化的變量，例如，設(shè)螺紋加工長度為變量1，導(dǎo)程為另一個變量2，將變量1和變量2根據(jù)零件要求建立聯(lián)系，通過螺紋導(dǎo)程的變化驅(qū)動螺紋加工長度的變化，從而實現(xiàn)可變導(dǎo)程螺紋的加工。

3.3 等槽寬變距螺紋加工

加工如圖3所示的某型橡膠擠出機的擠出桿等槽寬變距螺紋，螺紋有效長度50 mm，大徑40 mm，小徑36 mm，槽寬3 mm，最小螺距8 mm，每轉(zhuǎn)螺距增量為1 mm。

圖3 擠出螺桿（等槽寬變距螺紋）

3.4 數(shù)值處理

1）編程中采用兩個循環(huán)語句，第一個循環(huán)語句WHILE #1GE#2控制直徑的變化，即螺紋切削深度，變量計算#1=#1-0.2表示每層切深0.2 mm；第二個循環(huán)語句WHILE #4GE[-50]控制變距螺紋加工，#3=#3+1表示每車削完成一個導(dǎo)程的螺紋，螺紋導(dǎo)程增加1 mm，即每轉(zhuǎn)螺紋導(dǎo)程增加1 mm，#4=#4-#3反映了一個導(dǎo)程螺紋加工完成后下一個導(dǎo)程中螺紋終點坐標。

2）大導(dǎo)程螺紋加工中，切入位置機床切削用量變化激烈，會出現(xiàn)亂牙現(xiàn)象，故引入初始螺紋導(dǎo)程，為方便編程，設(shè)初始螺紋導(dǎo)程為7 mm。

3.5 程序編制

根據(jù)圖3零件圖，用宏程序編寫的等槽寬變距螺紋加工程序，如表1所示。

表1 等槽寬變距螺紋加工程序

3.6 注意事項

1）根據(jù)不同的加工要求，選用不同寬度的切槽刀。2）變距螺紋加工中，螺紋定刀點不可以隨意改變，特別是Z坐標，否則會導(dǎo)致螺紋亂牙。

4 等牙寬變距螺紋加工

以上為等槽寬變距螺紋加工，對于等牙寬變距螺紋的加工，其編程思路及方法和等槽寬變距螺紋基本相似，如果將圖3擠出螺桿改為等牙寬變距螺紋，則如圖4所示。

圖4 擠出螺桿（等牙寬變距螺紋）

引入初始螺距7 mm，有效螺紋長度50 mm，牙型寬3 mm，螺牙高度2 mm，最小螺距和最大螺距分別為8 mm和12 mm，每轉(zhuǎn)螺距增量為1 mm，選用刀寬為3 mm的切槽刀進行加工。

螺紋槽寬余量計算：初始螺距7 mm－槽刀寬度3 mm－螺紋牙寬3 mm=1 mm。因此，余量可分兩次加工，每次吃刀量0.5 mm，可以通過子程序調(diào)用實現(xiàn)。

等牙寬變距螺紋加工和等槽寬變距螺紋加工相似，也采用兩個循環(huán)語句，第一個循環(huán)語句WHILE#1GE#2控制直徑的變化，即螺紋切削深度；第二個循環(huán)語句WHILE #3LE12控制變距螺紋加工。和等槽寬變距螺紋加工不同的是，等牙寬變距螺紋加工需要兩次加工去除槽寬余量，可以將變距螺紋加工編制成子程序，槽寬余量去除通過設(shè)置不同的起刀點并調(diào)用子程序進行處理。等牙寬變距螺紋具體加工程序，如表2所示。

表2 等牙寬變距螺紋加工程序

5 結(jié)語

當(dāng)前，行業(yè)內(nèi)較普及的是如華中數(shù)控機床等經(jīng)濟型數(shù)控機床，功能單一，且不同的系統(tǒng)功能也不統(tǒng)一。但是，宏程序在變距螺紋加工中應(yīng)用尤為廣泛，發(fā)揮著十分重要的作用，特別是一些早期的、系統(tǒng)版本較低的數(shù)控機床，通過其提供的宏程序，可以彌補加工中的功能缺失和局限，解決加工生產(chǎn)中的障礙和難題，非常適合于單件小批量復(fù)雜零件的試制和加工。此外，CAXA制造工程師、MasterCAM等計算機輔助設(shè)計與制造軟件也可以實現(xiàn)變距螺紋加工，目前，在企業(yè)中逐漸得到應(yīng)用[8-11]。

大部分數(shù)控系統(tǒng)中如螺紋加工等固定循環(huán)指令都是通過宏程序開發(fā)的。作為數(shù)控機床編程與操作人員，熟練掌握宏程序編程思路、方法及技巧，能夠基于宏程序?qū)?shù)控系統(tǒng)進行二次開發(fā)，從而有效提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。