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變導程螺杆加工（gōng）的通用（yòng）宏程序設計

2018-5-8 來源：廣東省機械技師學院作者：謝曉紅

摘要（yào）：變導程螺杆螺紋（wén）形狀比較特殊，螺紋牙型深度和寬度比普通（tōng）螺紋大很多，牙型（xíng）螺距在發生變化，生產中常用的（de）螺紋編程（chéng）功能和（hé） CAD/CAM 編程軟件不（bú）能實現加（jiā）工。針對該類螺紋加工複雜且困難的特點，提出了在數控車削中使用宏程序的加工方法。通過分析變導程螺杆的結構特（tè）點，以（yǐ）及螺紋（wén）牙型分（fèn）析，基（jī）於 FANUC-OTB 數控係統，采用增量逼近包絡線成（chéng）形的工藝方法，設計了加工變導程傳動螺紋加工的通用宏程序，同時分析了螺紋（wén）加工時（shí）的（de）加工精度和工藝問題。通過使用宏程序模板和改變螺紋參數的（de）變量值，用戶采用普（pǔ）通（tōng）車刀，可以加工不同直徑和螺距的（de）傳動螺紋外螺紋。

關鍵詞：變導程螺杆；數控車削；流程圖；通用宏程序

1 、引言

異型螺杆（gǎn）是壓縮機、冷凍機、注塑（sù）機、自動包裝線等設備的關鍵性基礎零件，廣泛應用於工業生產的各個領域，螺杆的加工質量直接影響這些設備的性能（néng）。但異型螺杆存在加工困難的弱點（diǎn），製約了其應用。

目前，異型螺杆特別是各種（zhǒng）規格的異型（xíng）螺（luó）杆和普通螺杆的一次性混合加工通常在專用機（jī）床上實現，普通機床和經濟型（xíng）數控機（jī）床一般都不具備加工異型螺杆的功（gōng）能，而這些專（zhuān）用機床（chuáng）則基本上依賴（lài）進口。

為此（cǐ）提出了在常用數控係統配置的普通數控車床上，采用宏程序指令編製變導程螺杆類零件，解決變導程異形螺杆的複雜數控編程問題，用戶（程序員）可以借鑒或直（zhí）接調用供數控車削實際加工。

2 、變導程（chéng）螺（luó）杆加工數控編程分析

2.1 數控編程應用分析

數控加工程序的（de）編製方（fāng）法（fǎ）主（zhǔ）要（yào）是（shì）手工編製程序和自動編製兩種方法。盡管 CAD/CAM 自（zì）動編程在複雜形狀零件以（yǐ）及在三維曲麵加工中日趨普及，但是對於機械零（líng）件中一些很特殊零件的應用，采用 CAD/CAM 軟件自（zì）動編程不一定能輕易（yì）地解決，例（lì）如鋸齒形螺紋、變導程螺紋和大導（dǎo）程梯形螺紋的加工等，不可能采用成型刀具通過 CAM 軟件自動編（biān）程完成螺紋加工，同時手工編程的（de）普通程序指令滿足不了該（gāi）類零件的編程與（yǔ）加工。

針（zhēn）對機械類特殊零（líng）件（jiàn）的編程與加工，國內外大部分（fèn）數控（kòng）係統提供了用戶宏程序功能（néng），例如 FANUC 和 SIEMENS 數控係統（tǒng），用戶可以對數（shù）控係統進行（háng）一定的功能（néng）擴展（對用戶的開放（fàng）），使（shǐ）用變量編（biān）程，即宏程序的運（yùn）用（yòng），使（shǐ）用戶（程序員）可以在數控係統的平台上進行二（èr）次開發（fā），進（jìn）行模塊化（huà）加工程序（xù）設計。

2.2 變導程螺（luó）杆宏程序設（shè）計主要內容

變（biàn）導程螺杆加工屬於（yú）工程實踐項目，來自於（yú）通過普（pǔ）通數控車床如何解決特殊螺紋加工的（de）技術應用問題。勻變程螺杆的兩種情（qíng）況，如圖 1、圖 2 所示。一種是槽等寬牙（yá）變導程，如圖 1 所示。

一種是牙等寬槽變導程，如圖 2 所示。用一定寬度的成形螺紋刀，加工變導程螺紋，槽（cáo）寬相等較能夠保證，若保證牙寬相等就不（bú）易操作。通過牙等寬槽變導程螺杆加工的程序設計為案例，基於 FANUC數控係統宏程序的應用，在數（shù）控車床上通過變量編程進行程序二次開發設計，重（chóng）點解決變導（dǎo）程螺杆特殊螺紋件的加工方案以及（jí）宏程序流程（chéng）圖設計，編製模（mó）塊化宏程序加工（gōng）不同尺寸（cùn）的變導程螺紋，解決通用數控車床加（jiā）工（gōng）異形、複（fù）雜螺（luó）紋零件的技術難（nán）題。

3 、變導（dǎo）程螺杆通用宏程序設計

3.1 勻變導程螺杆加工工藝分析

牙等寬槽變距螺杆的基本（běn）尺寸標注，其（qí）具體尺寸可通過實際零件的尺寸標（biāo）注給出，如圖 3 所示。假設螺杆外徑及螺紋退刀槽都已加工完（wán）成，采用一夾頂裝夾，本工序隻分析變導程螺紋部分的加工工藝與宏程序設（shè）計。

3.1.1 刀具選用

由於螺（luó）杆螺紋左右兩側麵對稱，均（jun1）為 15°斜角，粗車刀使用牙型角（28～ 29）°梯形螺紋車刀（牙型（xíng）角 30°）。螺杆兩側牙根均為R 角倒圓相切，為考慮程序設計的通用性，精車刀仍選用牙型角（jiǎo）30°的標準梯（tī）形螺紋車刀（一般沒有帶帶較大 R 角的成型梯形螺紋車刀），如圖 4 所（suǒ）示。

車刀的刀頭寬一定要小於第 1 個螺紋的（de）牙槽底寬。

3.1.2 螺紋成形工藝（yì）分析與走刀路（lù）線設計

（1）螺紋成型工藝（yì）分析

根據變（biàn）導程螺杆（gǎn）零件結構特點，由於螺紋兩（liǎng）牙側麵對稱，可以借鑒範成法加（jiā）工齒輪的工藝思路，采用分層切削（xuē）和左右進給（gěi）法，通過逐次調整軸向左右（yòu）和徑向的進給深度，在工（gōng）件（jiàn）表麵加工 N 條（tiáo）螺紋，用 N 條螺（luó）紋包絡形成帶倒圓角梯形螺紋的牙型。

同時為提高生產效率，可以（yǐ）將切（qiē）削分（fèn）為粗加工和精加工兩個工序來完成。粗（cū）加工主要完（wán）成螺（luó）紋牙型輪廓當（dāng）中大（dà）餘量的（de）切削，在本（běn）工序中不涉及螺（luó）紋牙型精度，加工中循環（huán）進給（gěi）步距可以適當放大，以提高生產（chǎn）效（xiào）率；精加工主要完（wán）成螺紋牙型輪廓的（de）形成，直接關係到螺紋的精度，加工中（zhōng）循環進給的步（bù）距可適當減小，以提高螺紋精度。

（2）走（zǒu）刀路線設（shè）計

先從螺紋牙型中間（jiān）橫向下刀一定深度（dù），切削螺紋；然後再往兩邊縱向進給（gěi）切削至保留精加工餘量；再從中（zhōng）間橫（héng）向下刀切削，如此反複直至（zhì）牙底（dǐ）；最後（hòu）對（duì）螺紋兩（liǎng）側麵進行（háng）精加工。

粗精加工路（lù）線示意圖（tú），如（rú）圖（tú） 5、圖 6 所示（shì）。

（3）工藝難點的解決

由於使用的刀具為普通梯形刀具，螺（luó）紋根部牙形不能通過（guò）刀具形狀保證，所（suǒ）以，如（rú）何正確保證螺紋的牙型是（shì）加工中較（jiào）為突出的工藝問題（tí）；其次（cì），由於（yú）槽（cáo）寬勻變距增加，如何保證（zhèng）在加工過程（chéng）中後一個螺紋（wén）牙槽寬比前一個螺紋牙槽寬增加（jiā） ΔP，是（shì）加工中必須突破（pò）的工藝難點。

因（yīn）此為保證勻變距槽寬，實現進給迭代和加（jiā）工循環，在分（fèn）層進行左右進給車削，需同（tóng）時改變（biàn） G34 指（zhǐ）令（lìng）中導程數值，由於（yú）螺紋起刀點從牙型（xíng）中間向左分 N 次進給時，G34 指令中導程將逐次增加螺距，反（fǎn）之，向（xiàng）右分 N 次進給時，G34 指令中導程將逐次減少螺距，才能確保第二個牙槽寬比第（dì）一個牙槽寬增加勻變距量。

3.2 通用宏程序設計

3.2.1 螺紋加工輪廓計算（suàn）

根據螺紋加（jiā）工走刀路線，要實現進（jìn）給迭代和（hé）加工循環，需要定義變量和進行牙型（xíng）邊界的邏輯判斷，需要計算牙型輪廓的曲線（xiàn）方程。己知螺杆牙型基本參數為：公稱直徑（jìng） d，中（zhōng）徑略，底徑，牙深，牙頂寬，第一個牙槽寬，基（jī）本螺距 P，螺距勻變量 ΔP，根部圓（yuán）角半徑，螺紋加（jiā）工長度等，如圖 3 所示。

3.2.2 變量設置

本設計采用 FANUC 0TB 數控係統，有關（guān）勻變導程螺（luó）杆宏程序設計的尺寸變量賦值，如表 1 所示。

表 1 通用宏程序設計（jì）時變量賦值（zhí）

3.2.3 螺杆加工程序設計流程

（1）粗加（jiā）工程（chéng）序設計思路。

采用分層（céng）切削、左右進給（gěi）法（fǎ），使用寬（kuān）度（dù）窄的普通梯形螺紋車刀，先從牙型中間橫向下刀一定（dìng）深度，車削螺紋；然後再往兩邊縱向進給（gěi）畏削至保留精加工餘量；接著再從中間橫向下刀車削，如此反複直至牙底。程序設計流（liú）程，如圖7 所示。

（2）精加工程序設計流程（chéng）。

刀具從螺紋牙底中間起刀，分別（bié）沿（yán）螺紋（wén）左右（yòu）兩側麵輪廓進行精加（jiā）工，設計流程，如圖 8 所（suǒ）示。

（3）二級子程序設計流程。

螺紋加（jiā）工時縱向、橫向進給采用二級子程序套用的方式編程。第一級子程序，主要控製刀具（jù）橫向和縱向進給的判斷和數值計算，橫向進給時，以刀具的下刀切（qiē）削後的待（dài）切削深（shēn）度作（zuò）為（wéi）判斷（duàn）依據，每次橫向下刀量為增量；縱向進給時，以刀具縱向偏移量（liàng）與當前層（céng）最大偏移量比較（jiào）作為判斷依據（jù），每次縱（zòng）向（xiàng）進刀量為增量。二級子程序進行螺紋切削（xuē），以中線為基準（zhǔn），左右偏置進給切削。流程圖設計（jì），如圖（tú） 9、圖 10所示。

3.3 零（líng）件加工工藝（yì）與精度分析

（1）粗加工的刀具（jù）軌跡都（dōu）是按螺紋輪廓編程的，精加工餘量也可以通過粗（cū）加工中刀具半徑補償值來控製。例如，實際刀尖圓角 R=0．2，刀具設置 R=0．4，以留出精加工餘量。

（2）由於粗加工螺紋輪廓是采用增量接近螺紋線包絡的方法形成的，循環進給增量的大小將影響（xiǎng）輪廓的形狀誤差和表麵光潔度。采用帶刀尖（jiān）圓角的刀具，將減（jiǎn）少切削的殘留高度

（3）由於采用分層、左右切削法，粗加工分層進給的步（bù）距可適當放大，但並非越大越好，步距太大，刀具的強度、壽命，工件的（de）振動等問題突現。精加工循（xún）環進給的步距可適當放小，但並非越小越好，步距太（tài）小，刀（dāo）具可能會在工件表麵（miàn）產生“爬（pá）行”現象，對工件（jiàn）不是刀削而是擠壓和切削並存（cún），反而影響加工質量。

4 、結論（lùn）

（1）方案設（shè）計的可（kě）適應性和通（tōng）用性。與常規加工方法（成形刀具法）相比，由於粗車刀采用了刀尖角（jiǎo）小於牙型角的普通（tōng）刀具（jù）設計加工（gōng）宏（hóng）程序，精加（jiā）工采用標準牙型梯形（xíng）螺紋車刀（市場上有大量成型梯形螺紋（wén）車刀）設計加工（gōng）宏程序，可以提高粗車時生（shēng）產效率，保證精加工兩側表麵質量和牙型精度，因此在普通數控車床（chuáng）上（shàng）采用一般刀具就可以完成變導程（chéng）螺杆（gǎn）的加工。

（2）方案設計的可推廣性和（hé）參考性。通過加工驗證，通用宏程序能加工不同規格的大導程異（yì）形螺紋。推而廣之，利用宏程序的變（biàn）量定義（yì）、邏輯判斷、循環指令調（diào）用等功能，用增（zēng）量逼近包絡線成（chéng）型（xíng）的（de）工藝（yì）方法加工常規編程難（nán）以加工的（de）特殊機械（xiè）零件。

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