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使用宏程序在数控车床上加工大螺距螺纹的工艺技术

2012-08-29 10:37阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1617248032

　　直角三角形围绕圆柱旋转一周，斜边在圆柱表面上所形成的曲线就是螺旋线。在圆柱表面上，沿着螺旋线所形成的，具有相同剖面的连续凸起和沟槽称为螺纹。用车床加工螺纹时，当工件旋转时，车刀沿着工件轴线方向作等速移动即可形成螺旋线，经多次进给后便成为螺纹。
　　大螺距螺纹由于螺距大，加工时难度大大增加。首先，要求操作者技术要好。由于加工时操作者高度紧张，担心撞到工件或机床，且需要频繁进退刀，劳动强度很大。其次，加工大螺距螺纹对刀具也是很大考验，大螺距螺纹由于螺距大，导致螺纹升角大，进刀深。精加工时，刀具与工件接触面大，容易发生“啃刀”。这些都是刃磨刀具时要考虑的。第三，对机床的要求。大螺距螺纹由于螺距大，切削力大，因此机床要调整好，过松容易闷车，造成刀具和工件损坏，过紧会加速机床磨损或损坏，操作不灵活，给操作者增加困难。加工蜗杆时还要挂轮，调整机床，十分不方便。综上所述，加工大螺距螺纹在一般企业当中效率都不高，且劳动强度大，是车床加工中的一大难题。
　　数控机床是数字控制机床(NumericalControlMachineTool)的简称，亦称NC机床，是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。普通机床靠工人手工操作手柄进行加工，加工的精度与效率在很大程度上取决于操作者的技术水平和熟练程度。而数控机床的运动是由加工指令信息来进行自动控制，所以精度和效率得到了极大的提高。对于不同的零件，数控机床只需改变加工指令信息(即加工程序)即可，与以往的非数控的高效自动化机床相比，具有更高的“柔性”，因此
，数控机床是为了满足单件、小批量、多品种自动化生产的需要而研制的一种灵活的、通用的能够适应产品频繁变化的柔性自动化机床，具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定和生产效率高的优点。
　　虽然数控车床系统中有一些加工螺纹的固定循环，但功能有些单一，可修改参数有限。对大螺距螺纹更是显得有些无能为力。这是因为，固定循环进刀路线为直进法或左右借刀法，
　　所以要求将刀具磨成一定的形状(60°、30°或40°)，这样一来，切削时刀具与工件的接触面就会增大，从而增加切削力，严重时切削会产生振动。而且大螺距螺纹螺纹升角大，相应影响刀具强度，引起工件变形或刀具损毁，造成无法切削。加之，由于数控机床在加工过程中不能人为调整，综合以上原因，所以用机床所具有的固定循环加工大螺距螺纹有非常大的困难，或者说几乎不可能完成。
　　根据普通车床加工大螺距螺纹的原理和方法，以及难点，笔者结合数控车床和宏程序的特点，编写一个能灵活修改一些参数的宏程序加工大螺距螺纹，且成功地应用到实际工作中，产生了很好的效益。本程序全参数化，不需要刃磨成形刀，相当于加工大螺距螺纹的“万能程序”，而且具有一些自动判断功能，不会产生过切和欠切现象。由于每次吃刀少，切削力小，所以工件变形小，能提高效率和减轻劳动强度，具有很强的实用性。
　　本程序适用于普通三角螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹、矩齿螺纹、蜗杆、各种内外螺纹、锥螺纹、变螺距螺纹、变齿厚螺纹、各种单线和多线螺纹，具有轴向分度和圆周分度两种分头方法，特别适合各种大螺距螺纹。不但可以粗车，而且还能精车，但是如果精车是二次装夹，需要考虑对刀问题，要不然会“乱扣”。精车后的粗糙度基本上能达到Ra3.2μm左右，基本上满足了实际工作需要。
　　一、程序机理
　　数控程序中含有变量的程序称为宏程序。宏程序由于允许使用变量、算术和逻辑运算及条件转移，使得编制同样的加工程序变得更简便(例如型腔加工宏程序和用户开发固定循环)。宏程序不但可以使用变量进行编程，还可以对这些变量进行赋值和运算等处理，因此可以使用宏程序执行一些有规律变化的动作。使用时，操作者可用一条简单指令调出用户宏程序，对一些变量进行必要的赋值，和调用子程序完全一样，非常方便。
螺纹的截面形状都是由直线、斜线构成，而且基本参数相似或相同，例如：螺距、大径、中径、小径、螺纹长度和牙形角等。根据给定进给速度和给定轮廓线形的要求，可以在轮廓的已知点之间，确定一些中间点，即数据密化工作。笔者根据以上特点，采取“小吃刀，快进给，截面形状插补，逐点靠近”的方法，拟合成截面形状(如图1～图4)。实际上，加工后的截面形状由许多微小的台阶插补而成，由于步距非常小，所以肉眼看起来并不十分明显。粗加工时，步距可以大些，这样可以节省加工时间;精加工时，步距可以小些，这样可以提高粗糙度。另外，加工大螺距螺纹时，需要查相关资料(切削手册)或算出螺纹牙底宽度，然后磨一把切刀，切刀刀头的宽度小于或等于螺纹牙底宽度，接着根据大螺距螺纹的参数，修改程序中一些参数，然后就可以对刀加工。
使用宏程序在数控车床上加工大螺距螺纹的工艺技术
图1
使用宏程序在数控车床上加工大螺距螺纹的工艺技术
图2
使用宏程序在数控车床上加工大螺距螺纹的工艺技术
图3
使用宏程序在数控车床上加工大螺距螺纹的工艺技术
　　图4
　　二、程序简介
　　1.参数说明
　　#1=X方向初始进刀量(直径值，如果#9=0，该值为恒值);
　　#2=螺纹长度;
　　#3=螺距;
　　#4=刀宽;
　　#5=大外圆(内螺纹为小径);
　　#6=齿顶宽;
　　#7=螺纹角度(左);
　　#8=螺纹角度(右);
　　#9=递减量(可为正负);
　　#10=刀宽%;
　　#11=小外圆(内螺纹为大径);
　　#12=退刀时相对大外圆(内螺纹为小径)的退刀量;
　　#13=外内螺纹(1为外，-1为内);
　　#14=槽起始直径;
　　#15=起始角;
　　#16=变螺距每转增加量;
　　#17=螺纹头数;
　　#18=锥螺纹大小外圆之差;
　　#19=是否借刀(0两边，1左边，2右边);
　　#26=判断分度方法(大于0圆周分度，小于0轴向分度);
　　#109=进刀箝位值;
　　#107#108下一步扩展用。
　　2.部分程序清单
　　M3S50
　　T0101
　　#1=
　　#2=
　　#3=
　　#4=
　　#5=
　　#6=
　　#7=
　　#8=
　　#9=
　　#10=
　　#11=
　　#12=
　　#13=
　　#14=
　　#15=
　　#16=
　　#17=
　　#18=
　　#19=
　　#26=
　　#12=#12+#18
　　#27=1
　　#109=1
　　#107=0
　　#108=0
　　#21=1
　　#110=1
　　IF[#26GT0]THEN#21=0
　　IF[#26LT0]THEN#110=0
　　G0X[#5+#12*#13]Z5
　　IF[#27GT1]THEN#28=#27*#1
　　#27=1
　　#22=0
　　#30=0
　　#32=0
　　#120=0
　　IF[#28LT[#5-#14]*#13/2]GOTO9
　　#28=#28-[#5-#14]*#13/2
　　GOTO38
　　N3IF[#22EQ0]GOTO9
　　#15=#15+360000/#17*#21*#22
　　#32=#3/#17*#21*#22
　　N9IF[[#1-#9*#27]LT#109]THEN#1=#109
　　IF[[#1-#9*#27]LT#109]THEN#9=0
　　#28=#28+#1-[#27-1]*#9
　　#26=#5-#28*#13
　　#20=#28/2*TAN[#7]+#120
　　#23=#3/#17-#6-#4-#28/2*TAN[#8]-#30
　　#33=#3/#17-#6-[#5-#14]*#13/2*[TAN[#7]+TAN[#8]]-#120-#30
　　IF[#13EQ-1]GOTO12
　　IF[#26LE#14]GOTO6
　　GOTO33
　　N12IF[#26GE#14]GOTO6
　　IF[#19EQ2]GOTO7
　　N33IF[#33LT#4]GOTO11
　　#20=#20+#32
　　G0Z#20
　　X#26
　　G34X[#26+#18]Z[-#2]F#3K#16Q#15
　　G0X[#5+#12]IF[#19EQ1]GOTO28
　　#24=1
　　N8#20=#28/2*TAN[#7]+#120
　　#25=#3/#17-#6-#4-#28/2*TAN[#8]-#20-[#24-
　　1]*#10*#4-#30
　　IF[#25LE#10*#4]GOTO7
　　#31=#20+#24*#10*#4
　　#31=#31+#32
　　G0Z#31
　　X#26
　　G34X[#26+#18]Z[-#2]F#3K#16Q#15
　　G0X[#5+#12]
　　#24=#24+1
　　GOTO8
　　N7IF[#33LT#4]GOTO11
　　#23=#3/#17-#6-#4-#28/2*TAN[#8]-#30
　　#23=#23+#32
　　G0Z#23
　　X#26
　　G34X[#26+#18]Z[-#2]F#3K#16Q#15
　　G0X[#5+#12]N28IF[#17GT1]GOTO15
　　#22=#22+1
　　IF[#22LT#17]GOTO3
　　N15#27=#27+1
　　#15=#15+360000/#17*#21*#22
　　#32=#3/#17*#21*#22
　　#22=0
　　GOTO9
　　N24IF[#22EQ0]GOTO6
　　#15=#15+360000/#17*#21*#22
　　#32=#3/#17*#21*#22
　　N6IF[#19EQ2]GOTO27
　　#20=[#5-#14]*#13/2*TAN[#7]+#120
　　IF[#33LT#4]GOTO11
　　#20=#20+#32
　　G0Z#20
　　X#14
　　G34X[#14+#18]Z[-#2]F#3K#16Q#15
　　G0X[#5+#12]IF[#19EQ1]GOTO29
　　#24=1
　　N22#20=[#5-#14]*#13/2*TAN[#7]+#120
　　CAD/CAM与制造业信息化·2012年第8期71
　　CModernManufacturing
　　#23=#3/#17-#6-#4-[#5-#14]*#13/2*TAN[#8]-#30
　　#25=#33-#4-[#24-1]*#10*#4
　　IF[#25LE#10*#4]GOTO27
　　#31=#20++#4+#24*#10*#4
　　#31=#31+#32
　　G0Z[#31]X[#14]
　　G34X[#14+#18]Z[-#2]F#3K#16Q#15
　　G0X[#5+#12]
　　#24=#24+1
　　GOTO22
　　N27IF[#33LT#4]GOTO11
　　#23=#23+#32
　　G0Z#23
　　X#14
　　G34X[#14+#18]Z[-#2]F#3K#16Q#15
　　G0X[#5+#12]N29IF[#17LE1]GOTO37
　　#22=#22+1
　　IF[#22LT#17]GOTO24
　　N37#28=0
　　N38IF[#29EQ0]GOTO1
　　IF[[#14-#11]*#13LE0]GOTO11
　　IF[[#1-#9*#27]LT#109]THEN#1=#109
　　IF[[#1-#9*#27]LT#109]THEN#9=0
　　#28=#28+#1-[#27-1]*#9
　　#26=#14-#28*#13
　　#120=[#5-#14]*#13/2*[TAN[#7]]
　　#30=[#5-#14]*#13/2*[TAN[#8]]
　　#7=#107
　　#8=#108
　　#5=#14
　　#14=#11
　　#29=0
　　GOTO9
　　N11M0
　　GOTO1
　　N1G0X[#5+#12]
　　Z0
　　M30
　　3.程序解读
　　(1)由于笔者使用的是日本Fanuc0i-t系统，所以参数如此，而对于别的系统(西门子或华中等)，则需要做适当的修改，否则不能运行。
　　(2)对于程序中的21个参数，有些参数(如螺距、大外圆和螺纹角度等)是根据大螺距螺纹给定的，这些参数需要查资料(切削手册)或算出，一般直接给出。还有一些参数(如进刀量、刀宽%和递减量等)则需要根据特定条件给出，例如粗精加工、机床刚性、加工精度、刀具参数和实际经验，这些参数需要在实践中不断总结，才能给出最佳数据，发挥出该程序优势。
　　4.示例
　　例如加工一蜗杆：轴向模数m=4，分度圆直径
　　d1=44mm，线数z1=4，长度L=100mm。则具体参数如下：
　　#1=0.2;
　　#2=120;
　　#3=3.14159*4;
　　#4=2.2;
　　#5=52;
　　#6=3.372;
　　#7=20;
　　#8=20;
　　#9=0;
　　#10=0.9;
　　#11=34.4;
　　#12=5;
　　#13=1;
　　#14=34.4;
　　#15=0;
　　#16=0;
　　#17=2;
　　#18=0;
　　#19=0;
#26=1。具体的加工结果如图5和图6所示。
使用宏程序在数控车床上加工大螺距螺纹的工艺技术
　　三、创新点
　　用宏程序把大螺距螺纹的基本要素都包括进去，此程序调试好以后，只需要修改参数和切削刀具的宽度，就可以加工大螺距螺纹，而且对刀具的角度没有严格的要求，十分方便，效率极高。该程序相当于一个加工大螺距螺纹的“万能程序”，可以解决一大类问题，具有效率高，保证质量，减轻劳动强度，节省刀具损耗，降低加工大螺距螺纹的技术特点。此程序在实际生产中得到了很好的应用，特别有一些普通车床加工不了的螺纹，在这里得到了很好的解决。

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