大直徑內螺紋銑削參數化程序研究及應用

0 引言

螺紋銑削是一種先進的螺紋加工工藝，在歐美等發達國家十分流行

。在數控銑床或加工中心上，一般小直徑的內螺紋(≤20mm)加工可以用攻絲的方法，但對于大直徑內螺紋加工，螺紋銑削比攻絲需要更少的切削功率，而且排屑更加流暢，加工精度和效率更高，故螺紋銑削是最好的加工手段

。目前各加工制造企業，主要通過自動編程解決大直徑螺紋的編程問題。但是自動編程生成的加工程序太長，程序的可讀性差，特別是當螺紋的尺寸參數或規格發生變化時，需要重新編程，程序的通用性和靈活性差。在實際生產中采用宏程序控制的螺紋銑削加工與傳統螺紋加工方式相比，有諸多優勢

。為此，本文研究了一種基于宏程序的大直徑內螺紋銑削的參數化編程方法，并編制了通用性、靈活性強的加工程序。

1 螺紋銑削工藝

1.1 螺紋銑削原理

螺紋銑削是螺紋銑刀按照螺旋插補指令完成螺紋加工的一種方法。螺旋插補運動由XY平面上的圓弧移動和垂直于工作平面的同步直線移動組成

。螺紋銑削實際上是螺旋插補指令運用的一個特例，即螺紋銑刀自傳的同時，沿輪廓螺旋插補運動一周，刀具Z向同步移動一個螺距

。

1.2 整體式螺紋銑刀

整體式螺紋銑刀如圖1所示，該類型螺紋銑刀一般采用整體式硬質合金材料制造，表面帶涂層的適合加工不銹鋼、合金鋼等各種鋼材；表面不帶涂層的適合加工鋁合金、銅合金等較軟材料。圖1(a)為單齒螺紋銑刀，同一把刀具可以進行不同螺距、導程規格的螺紋加工，但加工效率低

，一般用在單件、小批量生產的場合；圖1(b)、(c)分別為三牙螺紋銑刀和全牙螺紋銑刀，全牙螺紋銑刀價格相對較貴，但是加工效率高；三牙螺紋銑刀兼顧了價格和加工效率，性價比高；三牙螺紋銑刀和全牙螺紋銑刀的缺點是只能加工出與銑刀齒形相同的螺距，所以又稱為定螺距螺紋銑刀

。整體式螺紋銑刀因結構緊湊、剛性好，抗沖擊能力強，工作時切削平穩，在高速加工中心上得到了廣泛的應用。

1.3 內螺紋銑削方式[8]

螺紋銑刀在加工內螺紋時，編程一般不采用刀具半徑補償指令，而是直接對螺紋銑刀刀心進行編程，如果沒有特殊需求，應盡量采用順銑方式。內螺紋銑削方式如表1所示。

2 大直徑內螺紋銑削參數化程序設計

本文以加工效率較高的三牙螺紋銑刀為研究對象，研究大直徑內螺紋銑削的參數化編程。

我國是有五千年燦爛文明的古國，公元前1046年的周王朝，周王官學要求學生掌握的六種基本才能分別是禮、樂、射、御、書、數，其中禮就代表了禮節、禮儀，當代大學生代表著祖國的未來和希望，禮儀的傳承從某種意義上說就是對國家文明的傳承，所以禮儀文化教育應該是所有文化的基礎，更是一種意識，一種文明禮讓的意識。但是今天的傳道授業，更專注于專業課和文化課的傳授，沒有在潛移默化中進行禮儀文化教育的熏陶，大學生更加不會注意到禮儀文化的重要性，久而久之就會忽略這個國家傳承的瑰寶，這將會致使我國禮儀文明日趨枯竭。

2.1 走刀路線設計

因圓弧切入、切出平穩，不產生振動，表面不留刀痕，表面質量好，即便加工較硬材料也是如此，故采用圓弧切入、切出方式設計大直徑內螺紋銑削的走刀路線。而設計走刀路線時還要考慮螺紋的加工效率，經比較、驗證，得出以1/4圓弧切入、切出方式設計的走刀路線方案最優，螺紋加工效率高，表面質量好，其切入、切出及螺紋銑削走刀路線如圖2所示，其中1-2表示刀具快速定位至切入圓弧起點；2-3表示刀具以1/4圓弧螺旋插補切入工件；3-4表示刀具按整圈螺旋插補銑削螺紋；4-5表示刀具以1/4圓弧螺旋插補切出工件；5-6表示刀具快速退刀至底孔中心。若以背吃刀量

(直徑值)切入，則銑螺紋后，螺紋牙槽直徑

=

+

。由圖中幾何關系可得：刀心軌跡直徑

=

-

=

+

-

,切入、切出圓弧直徑

=

*0

5=(

+

-

)*0

5。

2.2 軸向分層設計

由于三牙螺紋銑刀的刃長3

(

為螺距)小于加工螺紋的有效長度

，故螺紋銑削需要軸向分層。軸向分層的總層數即螺旋插補銑螺紋的總圈數=

(

3

)，式中

為FANUC數控系統的下取整函數，如果算式

3

計算結果是小數，那么函數

(

3

)將自動舍去小數位，向遠離0的方向進1。

2.3 螺紋銑刀的軸向定位設計

在拋物線方向和柱面方向增加基本單元數量即可得到所需要的口徑的拋物柱面天線；由于空間展開機構多為桿件，切口徑大，型面精度高等特點，展開后靜穩定性要求高，需要對機構布局相應的鋼絲繩來增加穩定性和提高剛度。圖10為整體展開收攏狀態。

刀具以1/4圓弧進刀時，刀具在工作平面內走過的弧長為螺紋切削加工時的1/8，故刀具軸向移動距離為0.125P，于是得到螺紋加工前刀具起刀點的Z向坐標Z

=-(L

+0.125P)；螺紋加工完成后,刀具退回至底孔中心。經推算：Z

至Z

的的距離L

= P+[FUP(L

/3P)-1]*3P+0.25P，螺紋銑刀的軸向定位如圖3所示。

2.4 軸向銑削螺紋一圈刀具的運動過程

軸向銑削螺紋一圈刀具運動過程如圖4所示。圖4(a)表示刀具在底孔正上方的參考高度位置快速下插至起刀點；圖4(b)表示刀具定位至切入圓弧起點；圖4(c)表示刀具以1/4圓弧，背吃刀量a螺旋插補切入工件，刀具同步向上移動0

125

；圖4(d)表示刀具按整圈螺旋插補銑削螺紋，刀具同步向上移動一個

；圖4(e)表示刀具以1/4圓弧，螺旋插補切出工件，刀具同步向上移動0

125

；圖4(f)表示刀具從切出圓弧終點快速退刀至底孔中心。

1.嚴格規范檢驗儀器的使用環節，定期進行維護保養。儀器的精準度直接影響到食品檢驗結果的準確性，因此，應當嚴格規范檢驗儀器的使用環節和具體步驟，并進行定期的保養和維護，保障檢測結果的準確性。

2.5 內螺紋銑削的徑向分層設計

銑削加工塑性材料時，因刀具對工件的擠壓和摩擦，使材料產生塑性變形和流動，造成螺紋底孔直徑縮小，所以螺紋底孔直徑要比內螺紋小徑略大一些，螺紋底孔直徑可按下式計算：

=

-

(式中

為公稱直徑)。當螺紋牙型較深時，徑向要分多次進行切削，每次進給的背吃刀量依遞減規律分配，徑向總切深一般取一個螺距

。

2.6 參數化加工程序設計思路

根據上述分析，將加工程序設計成主程序和子程序。在主程序中，將螺紋公稱直徑、螺距、螺紋有效長度、刀具刃徑、每次進給的背吃刀量等螺紋尺寸參數和加工參數賦值設置成變量。徑向循環加工通過調用子程序實現，徑向有幾次進刀就調用幾次子程序；在子程序中，主要完成軸向分層的循環加工。

這種編程思路的特點是當螺紋尺寸參數或規格發生改變，只需改變螺紋相關參數變量值即可，無需重新編程。

3 加工實例分析

加工如圖5所示的內螺紋零件，該螺紋公稱直徑為30mm，螺距為1.5mm的細牙螺紋，中經和頂徑公差帶均為6H，中等旋合長度，右旋，螺紋有效長度為20mm，零件材質為6061鋁合金。

3.1 數控系統及刀具選用

(3)背吃刀量

注：該螺紋銑刀可以加工公稱直徑不小于M16，螺距為1.5的內螺紋，也可加工同螺距的外螺紋。

3.2 切削用量計算

(1)切削速度

，主軸轉速

根據文獻[9],加工鋁合金材質工件，取

=200m/min,于是得：

之前我們已經學習了C和G五指音階。這兩組音階都使用全音和半音的關系構成：全音—全音—半音—全音。這就是本單元的重點內容—音階“秘密公式”，在學習這個音階“秘密公式”之前，教師可引導學生分析已經學過的C和G五指音階中音與音之間的關系，從而讓學生自主總結出這套“秘密公式”，它可應用于任何一個大調的五指音階。雖然本單元的授課內容是針對D五指音階展開的，但建議老師可以鼓勵學生將音階“秘密公式”作適當的擴展，延伸到所有白鍵位置，能力較強的學生也可擴展到五個黑鍵位置。具體可以分以下兩個步驟進行教學：

(2)銑刀刀心的進給速度

根據文獻[10]，程序中的進給速度為螺紋銑刀刀心的進給速度，刀心進給速度

按下式計算：

式中

為刀具刃徑，

為每齒進給量。

選用7周齡清潔級SD雄性大鼠24只,由揚州大學比較醫學中心提供,許可證號：SCXK(蘇)2013-0011。隨機分為4組，每組6只。對照組(C)不運動，其余3組均進行一次性跑臺力竭運動，并于力竭后分別于即刻、24h、48h后宰殺(即E0、E24、E48組)，各組分離血清；并取下右側股四頭肌，一分為二，一份-80℃冰箱保存，待測AMPK、TSC2、mTOR的含量及變化，另一份立即用于冰凍切片，觀察肌纖維類型。

每齒進給量

一般由刀具廠家或經驗給出一般為0

1-0

2mm/z，根據文獻[11,12]，切削力隨每齒進給量的增大而增大，在銑削加工大直徑內螺紋時，應盡量選擇較小的每齒進給量，故取

=0

1mm/z。

使用FANUC Oi數控系統；刀具選用整體式硬質合金三牙螺紋銑刀，表面不帶涂層，其尺寸參數如表2所示。

對于螺距為1.5mm的內螺紋，徑向分4次進給，背吃刀量依遞減規律分配，設為0.8mm、0.4mm、0.2mm和0.1mm。

第三、護邊員補助扶貧。重點在三個邊境鄉招聘一批貧困人口為護邊員，按照一線每人每月2 600元、二線每人每月2 000元的工資標準，確保脫貧。

#14=FUP[#13/[#2*3]]// 軸向分層的總層數(螺旋插補銑螺紋總圈數)

3.3 毛坯預加工

在銑削螺紋前，應先將螺紋底孔和孔口倒角加工出來，底孔直徑加工至Φ28.5mm，孔口倒角加工至C1.5。

為保證螺紋加工后其有效長度L

符合圖樣要求，需要確定螺紋加工前刀具起刀點和加工完成后刀具退刀點的軸向位置。

4 程序編制

根據上述分析，編制的參數化加工程序如下：

(1)主程序代碼及說明

O1000//主程序名

G91G28Z0//返回參考點

因此，面對未來發展，無論是傳統大型企業還是新型中小型企業，都需要一次企業價值理念的調整，由小到大、由上至下建立起穩固的品牌價值意識。

G90G40G49G54G17//程序初始化

T1M6//調用1號螺紋銑刀

S5300M3//主軸正轉，5300r/min

M8//切削液開

余秋雨在《法國胃口》一文中說：“如果到法國看看，一個廚師的個人文集排列得如經典著作，隨手一翻居然也有大量圖表、引文、注釋、實例、歸納，看我們的學人再如何來否認美食文化。”的確，法國是堂堂美食大國，法國人將烹飪視為藝術，將美食視為生命。一個出色的廚星，絕對不比一個名作家、名畫家的社會地位低。所以，法國的廚星都很有自豪感，他們懷有一種強烈的“專業名節”，如果在某個重要宴會上失手做壞了一道菜，或是在美食家的品評中被挑剔出一個失飪的漏洞，他們寧肯殺身謝罪。這雖是由于過度自豪所造成的一種脆弱，但也足以袒示出極度的敬業精神。

G0X0Y0//定位至底孔中心

Z5//定位至參考高度

(2) 隧道位移序列屬于具有模糊性的非線性序列，小波-模糊控制Elman考慮了小波處理時域和頻域函數的優點以及模糊控制器模糊的特征，并結合Elman網絡的記憶性，能較好地表征和預測隧道位移序列。

#1=30//內螺紋公稱直徑

#2=1.5//螺距

#3=#1-#2//底孔直徑

#4=12//螺紋銑刀刃徑

#5=20//螺紋有效長度

#6=0.8//徑向第一層背吃刀量

#7=0.4//徑向第二層背吃刀量

#8=0.2//徑向第三層背吃刀量

#9=0.1//徑向第四層背吃刀量

#10=#3+#6//徑向第一層牙槽圓直徑

M98P2000//調用子程序

M98P2000//調用子程序

這就證明了滿足ESCA4的最優分配方法應該將剩余資源優先分給指標ai最大的部門即擬Hamilton法.所以獨占暫存性離散資源分配的最優方法是擬Hamilton法.

由于批發價的改變并不會影響整體供應鏈的期望收益由上式可知各級供應鏈企業的期望收益皆為供應鏈期望收益的仿射函數，所以調整后的數量彈性契約可以使供應鏈協調.

#10=#3+#6+#7//徑向第二層牙槽圓直徑

#10=#3+#6+#7+#8//徑向第三層牙槽圓直徑

“我……叫殷明，畢業于，畢業于清江理工學院，所學專業是廣告設計。湖北竹山人，大學期間和同學設計過一些……簡單的平面廣告。我性格隨和靦腆，老……老……老實。”

M98P2000//調用子程序

M30//主程序結束

M98P2000//調用子程序

M9//切削液關

G0Z5//快速退刀至參考高度

G91G28Z0//刀具返回參考點

#10=#3+#6+#7+#8+#9//徑向第四層牙槽圓直徑

(2)子程序代碼及說明

O2000//子程序名

#11=#10*0.5-#4*0.5//徑向第j層刀心軌跡圓半徑(j=1,2,3,4)

#12=#11*0.5//徑向第j層切入、切出圓弧半徑

#13=#5+#2*0.125//刀具軸向定位深度

上述計算供編程時參考，實際加工時,切削用量的選取還要綜合考慮刀具廠家提供的切削參數及條件、刀具剛性、工件結構、材質、冷卻、機床主軸跳動等因素。

#15=0//螺旋插補銑螺紋圈數初值

G0X0Y0//定位至底孔中心

N10Z-#13//軸向定位至第i層起刀點(i=1,2,3,4)

G0X#12Y-#12//定位至切入圓弧起點

G3X#11Y0Z-[#13-#2*0.125]I0J#12F1200//以1200mm/min進給速度，1/4圓弧螺旋插補切入

Z-[#13-#2*0.125-#2]I-#11J0//按整圈螺旋插補銑螺紋

X#12Y#12Z-[#13-#2-#2*0.25]I-#12J0//以1/4圓弧螺旋插補切出

G0X0Y0//快速退刀至底孔中心

#15=#15+1//螺旋插補銑螺紋圈數遞增

#13=#13-#2*3//刀具上抬3P

IF[#15NE#14]GOTO10//當螺旋插補銑螺紋圈數不等于螺旋插補銑螺紋總圈數，程序跳轉，軸向分層銑削繼續，當螺旋插補銑螺紋圈數等于螺旋插補銑螺紋總圈數，軸向分層銑削結束，執行下面的程序段。

M99//子程序結束，返回主程序

縣域電力通信網作為最末端的電力通信網，承載電網與用戶的信息交互，是電網業務向服務化轉型的最前沿。而現有的低壓側通信大都采用無線公網技術，尚不能承載如此龐雜的信息量，如何應對用戶側的信息交互是電力通信網研究中的一個難題，還需要考慮此類信息的儲存問題。智能電網發展將為電力通信網帶來新的挑戰，也是電力通信網全面發展的契機。

5 程序驗證

5.1 仿真加工

VERICUT軟件由美國CGTECH公司開發，是目前國際公認的專業數控機床加工仿真軟件

。利用VERICUT軟件搭建了與實際加工環境一致的仿真加工環境如圖6(a)所示；利用軟件的單步仿真功能和數控程序預覽功能，生成了徑向和軸向刀具軌跡如圖6(b)所示，據此可以判斷該軌跡與所設計的刀具軌跡是完全吻合的；利用軟件的直徑測量功能，在徑向每加工完一層后，安排一次牙槽圓直徑的測量，4次測量值分別為29.3064mm、29.7064mm、29.9064mm、30.0064mm，與理論值相差均為0.0064，該值在0.02mm允差范圍內,可以判定該編程方法合理

；毛坯經仿真加工后其模型如圖6(c)所示。在實際加工前，通過VERICUT軟件對數控加工程序進行仿真校驗，能夠有效排除程序中存在的錯誤及機床干涉碰撞、過切、欠切、超行程等問題，優化了加工工藝。

5.2 實際加工

零件加工在FANUC Series Oi-MC 立式數控銑床上進行，現場加工如圖7(a)所示。程序執行完成后，用M30x1.5-6H螺紋塞規通端檢測，發現通端旋不進，該情況表明此時螺紋中徑尺寸未加工到位，徑向需要繼續進刀；為避免刀具空走刀，使用了機床的跳段功能，先將機床控制面板上的跳段鍵開啟，同時將徑向最后一刀背吃刀量調大0.1mm(該值根據塞規檢測情況靈活調節)，徑向其它層的程序段設定跳段符“/”，需要設定跳段符的程序段如圖7(b)所示；程序執行時就會跳過有跳段符“/”的程序段，只執行徑向最后一層的加工程序，程序執行完成后繼續用塞規檢測，將此過程重復了3次，經檢測所加工的螺紋完全滿足加工質量要求，加工零件實物如圖7(c)所示。該操作方法能明顯縮短程序執行時間，提高了螺紋加工效率。

6 結語

通過實際加工，驗證了上述參數化編程方法及加工程序的有效性；所編制的參數化加工程序只有46個程序段，可讀性強，且具有循環加工的特點，適用于任意規格大直徑內螺紋的銑削加工，解決了大直徑內螺紋銑削的編程問題；將在VERICUT軟件中調試好的加工程序導入機床后可直接使用，無需任何修改，節省了上機調試程序的時間，保證了加工程序的安全；采用小直徑的螺紋銑刀加工出大直徑的內螺紋，螺紋銑削的工藝性好；使用了機床的跳段功能，可明顯縮短程序執行時間，提高了螺紋加工效率。

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