凹橢圓輪廓上車三角形螺紋■江蘇省江陰中等專業(yè)學(xué)校 （214433） 黃冬英 彭 正 摘要：介紹在凹橢圓輪廓上車三角形螺紋宏程序中加工起點(diǎn)坐標(biāo)、終點(diǎn)坐標(biāo)的確定方法,，以及編程思路和加工方法,。 近十年來，數(shù)控技能大賽的競(jìng)賽難度不斷加大,，題目圖形不斷推陳出新,，各類異形螺紋也在不斷推出。這類異形螺紋形式多樣,，很難用CAD/CAM自動(dòng)編程來加工,，僅用專門的螺紋加工指令G32、G92和G76也無法實(shí)現(xiàn),，多數(shù)只能用宏程序手工編程來實(shí)現(xiàn),。本文介紹的是在凹橢圓輪廓上車三角形螺紋，著重介紹螺紋加工起點(diǎn),、終點(diǎn)坐標(biāo)的確定,，相關(guān)尺寸的計(jì)算，編程思路和宏程序編制加工程序。所選用的數(shù)控系統(tǒng)是FANUC 0i-T,。 1.零件圖分析零件材料為45鋼,，如圖1所示，主要由φ35mm外圓,、退刀槽和異形螺紋組成,。此異形螺紋的特征為在凹橢圓輪廓上加工三角形螺紋，螺距為4mm,，螺紋牙深為1.5mm，螺紋有效長(zhǎng)度為30mm,，由此確定選用三把車刀來加工,，分別是93°外圓車刀、5mm切槽車刀和 60°外螺紋車刀,。 2.編程思路為方便計(jì)算,，將圖1簡(jiǎn)化，如圖2所示,。 橢圓方程為 異形螺紋的編程思路：沿著凹橢圓輪廓進(jìn)行螺紋加工，移動(dòng)步距等于螺距,。每移動(dòng)一個(gè)步距,，依次求出X、Z的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo),，然后用逼近的方法結(jié)合G32指令來編程,，至橢圓終點(diǎn)后才能退刀，先沿X軸退刀,，再沿Z軸退刀,，異形螺紋完成一個(gè)車削循環(huán)。  圖 1 橢圓方程的坐標(biāo)與工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系非常重要,。橢圓方程的原點(diǎn)在橢圓中心,，橢圓中的X值對(duì)應(yīng)工件坐標(biāo)系中的Z值，橢圓中的Y值對(duì)應(yīng)工件坐標(biāo)系中的X值,。 橢圓X向的坐標(biāo)用#1作為變量,，對(duì)應(yīng)點(diǎn)的Y向的坐標(biāo)用#2作為變量，代入橢圓方程中,，求出相應(yīng)的值,，取正值。接著把坐標(biāo)值與工件坐標(biāo)系中的值進(jìn)行轉(zhuǎn)換,，X1＝90－2×#2,，Z1＝#1－15。然后將#1減去1個(gè)移動(dòng)步距（即1個(gè)螺距4mm），計(jì)算出新的#2值,，再轉(zhuǎn)換到工件坐標(biāo)系中,，得出新的X2和Z2坐標(biāo)。把（X1,，Z1）作為螺紋的起點(diǎn),，把（X2，Z2）作為螺紋的終點(diǎn),，執(zhí)行G32指令,。之后將#1再減去1個(gè)移動(dòng)步距，計(jì)算出新的#2值,，再轉(zhuǎn)換到工件坐標(biāo)系中,，得出新的X3和Z3坐標(biāo)。把（X2,，Z2）作為螺紋的起點(diǎn),，把（X3，Z3）作為螺紋的終點(diǎn),，執(zhí)行G32指令,。依次循環(huán)，直至橢圓輪廓上的螺紋加工結(jié)束,，退出循環(huán),，退刀時(shí)先X向、后Z向,。  圖 2 3.加工方法加工過程為：①用外圓車刀粗,、精車外圓，凹橢圓輪廓,。②用切槽刀車削退刀槽,。③用60°外螺紋車刀車異形螺紋（通過修改磨耗實(shí)現(xiàn)粗、精加工）,。 在加工過程中,，異形螺紋X向總切削深度為3mm（直徑量），采用直進(jìn)法將切削深度遞減進(jìn)行車削,，分多次加工完成,。第一刀的切削深度可選大些，建議不要超過0.8mm,，然后0.6mm,、0.4mm、0.3mm,，……,，最后0.1mm進(jìn)行精車,，使磨耗從-0.8mm逐漸改至-3mm，完成整個(gè)異形螺紋的加工,。 4.螺紋加工起點(diǎn)坐標(biāo)的確定方法（1）Z坐標(biāo)的確定,。螺紋加工起點(diǎn)坐標(biāo)應(yīng)在橢圓輪廓上，橢圓起點(diǎn)坐標(biāo)為（X42,，Z9）,。確定方法為：在加工螺紋時(shí)，為了保證螺紋牙型完整,、不亂牙,，應(yīng)有一個(gè)升速進(jìn)刀段，這個(gè)距離通常選2個(gè)螺距值,。本例中橢圓的有效長(zhǎng)度為30mm,，一半就是15mm，為了達(dá)到左右橢圓螺紋對(duì)稱,，從橢圓的原點(diǎn)開始計(jì)算，4個(gè)螺距等于16mm,，正好在螺紋的右端1mm處,，這個(gè)1mm滿足不了升速距離的要求，因此再加上2個(gè)螺距作為升速進(jìn)刀段,，所以橢圓的起點(diǎn)距離定在X24（#1）處（轉(zhuǎn)換到編程坐標(biāo)系的Z坐標(biāo)起點(diǎn)應(yīng)為9mm處）,。 （2）X坐標(biāo)的確定。把X（#1）=24代入橢圓方程式,，求得Y（#2）=24,，轉(zhuǎn)換到編程坐標(biāo)系中的X坐標(biāo)是直徑量，橢圓中心到Z軸的距離為45mm,，X向半徑量＝45－24＝21（mm）,，則直徑量=42mm，即為起點(diǎn)的X坐標(biāo)值,。所以最終確定在工件坐標(biāo)系中的起點(diǎn)坐標(biāo)為（X42,，Z9）。 5.螺紋加工終點(diǎn)坐標(biāo)的確定方法螺紋加工終點(diǎn)坐標(biāo)也應(yīng)在橢圓輪廓上,，坐標(biāo)值的確定方法可以參考起點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算方法,，減速退刀段通常選取0.5～1個(gè)螺距，本例中Z向走刀總長(zhǎng)度應(yīng)為螺距的整數(shù)倍,，同時(shí)一定要結(jié)合退刀槽的位置來確定,，因此減速退刀距離取值可以適當(dāng)靈活些。本例中選工件坐標(biāo)系中的Z值為－35,，從－31到9正好是40mm,，恰巧等于10個(gè)螺距,，又大于螺紋有效長(zhǎng)度30mm，滿足要求,。終點(diǎn)的X坐標(biāo)由宏程序根據(jù)變量利用橢圓方程自動(dòng)求出,。 6.加工程序橢圓上車三角形螺紋的加工程序如下： O0002 程序名 M03 S600 主軸正轉(zhuǎn) T0303 選用60°三角螺紋車刀 M08 切削液打開 #1=24 #1為橢圓中的X值 G00 X42 Z9 定位到加工起始點(diǎn) N20 #1=#1-4 X值改變一個(gè)步距 #2=30*SQRT[1-#1*#1/1600] 計(jì)算橢圓中的Y值 #3=45- #2 計(jì)算工件坐標(biāo)系中的X半徑量 G32X[2*#3] Z[#1-15] F4 車螺紋至第一點(diǎn)，螺距為4 IF[#1GT-20]GOTO 20 判斷X值是否在范圍之內(nèi) G00 X150 X向退刀 Z150 Z向退刀 M05 主軸停轉(zhuǎn) M09 切削液關(guān)閉 M30 程序結(jié)束 % 7.宏程序嵌套優(yōu)化加工程序以上程序的不足之處是只能完成車一刀螺紋,，然后要通過手動(dòng)修改磨耗值的方法,，使車刀以遞減的切削量往里車削多次，才能完成整個(gè)螺紋的加工,，效率較低,。 基于宏程序有嵌套功能，結(jié)合對(duì)G76螺紋切削循環(huán)的加工軌跡的研究,，對(duì)程序進(jìn)行優(yōu)化,，將切削深度放到宏程序中，仍采用遞減直進(jìn)法進(jìn)刀,。第一刀切削循環(huán)時(shí)的背吃刀量為Δd,，第二刀的背吃刀量為 螺紋的粗加工用遞減直進(jìn)法,，粗加工切深超過給定值（此處為2.6mm）時(shí)，判斷語句會(huì)跳出循環(huán),，執(zhí)行N25后面的精加工,。留0.4mm作為精加工余量，每刀切深為0.1mm（直徑量）,。粗加工次數(shù)根據(jù)設(shè)定的Δd值和判斷條件能自動(dòng)求出,。增加判斷條件的目的是為了避免在粗加工時(shí)，當(dāng)?shù)谝坏肚猩瞀取值（如0.8mm）較大時(shí),，背吃刀量#15要滿足小于最小背吃刀量#25的時(shí)候,，實(shí)際的切削深度早已超過圖樣的切深,，仍在執(zhí)行宏程序的循環(huán)，導(dǎo)致螺紋報(bào)廢的現(xiàn)象,。 優(yōu)化后加工程序如下： O0002 程序名 M03 S600 主軸正轉(zhuǎn) T0303 選用60°三角螺紋車刀 M08 切削液打開 G00 X42 Z9 定位到加工起始點(diǎn) #10=0.4 第一刀背吃刀量 #11=1 粗加工次數(shù)賦初值 #25=0.08 最小背吃刀量 N10 #15=[ SQRT[#11]-SQRT[#11-1]]*#10 背吃刀量計(jì)算 #20=2*SQRT[#11]*#10 計(jì)算切削深度 IF [#20GT2.6]GOTO25 切深到2.6mm時(shí)退出循環(huán),，執(zhí)行N25后的精加工 #1=24 #1為橢圓中的X值 G00 X[42-#20] Z9 定位螺紋加工起點(diǎn) N20 #1=#1-4 X值改變1個(gè)步距 #2=30*SQRT[1-#1*#1/1600]計(jì)算橢圓中的Y值 #3=45- #2 計(jì)算工件坐標(biāo)系中的X半徑量 #4=2*#3-#20 螺紋的X直徑坐標(biāo) G32X[#4] Z[#1-15] F4 車螺紋，螺距為4mm IF[#1GE-20]GOTO 20 判斷X值是否在范圍之內(nèi) G00 X45 X向退刀 G00 Z9 Z向退刀 #11=#11+1 加工次數(shù)加1 IF [#15GT#25]GOTO 10 判斷背吃刀量的值 N25 #30=0.05 每刀精加工背吃刀量 N30 #20=#20+#30*2 計(jì)算切削深度 #1=24 以下為精加工,，程序與粗加工類似 G00 X[42-#20] Z9 N40 #1=#1-4 #2=30*SQRT[1-#1*#1/1600] #3=45- #2 #4=2*#3-#20 G32X[#4] Z[#1-15] F4 IF[#1GE-20]GOTO 40 G00 X45 G00 Z9 IF[#20LE3] GOTO 30 判斷切深是否到3mm,，滿足則車螺紋結(jié)束 G00 X150 X向退刀 Z150 Z向退刀 M05 主軸停轉(zhuǎn) M09 切削液關(guān)閉 M30 程序結(jié)束 % 8.結(jié)語實(shí)踐證明，若將該宏程序中的IF語句改用WHILE,、ENDW語句來進(jìn)行變換,，也適用于華中數(shù)控系統(tǒng)。對(duì)于其他類型的異形螺紋也有一定的參考價(jià)值,，如果將圖中橢圓的基本尺寸進(jìn)行參數(shù)化,，多設(shè)幾個(gè)變量，通用性將大大增強(qiáng),。 參考文獻(xiàn)： [1] 黃冬英.凸橢圓上車三角異型螺紋[J].機(jī)械工程師,，2014（11）：171-172. [2] 朱明松.數(shù)控車床編程與操作項(xiàng)目教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015. 專家點(diǎn)評(píng) 本例中的凹橢圓異形螺紋很難用CAD/CAM編程軟件和數(shù)控車床自帶的的螺紋加工指令來實(shí)現(xiàn),，在技能大賽中最便捷的方法就是宏程序手工編程,。 作者著重介紹了異形螺紋的編程思路，在工件的凹橢圓輪廓上,，控制螺紋加工的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo),，以螺距遞增的方法,，將多圈錐螺旋路徑擬合成一條完整的橢圓包絡(luò)線,。為類似異形螺紋提供了實(shí)用的加工方法。 （收稿日期：20170406） |
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,。
，第n刀的背吃刀量為
,，并設(shè)置一個(gè)最小切深Δd
