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基於宏程序的梯（tī）形螺紋數控車（chē）削加工方法研究

2019-2-22 來（lái）源：合肥通用職業技術學院作者：謝超，房菁

摘要: 梯形螺紋是 30 度的螺紋牙（yá）型角，因其內外螺紋以錐麵配合所以緊固不易鬆動，常被用於傳遞動力（lì）。本文針（zhēn）對梯形螺紋加工中的技術難點，通過對梯形螺紋的工藝分析和加工要領的研討，並連（lián）係 FANUC 0i 係統宏程序的應用，摸索出一種利用宏程序在數控車床上加工合（hé）格梯形螺紋的方式，經（jīng）現實生（shēng）產驗（yàn）證可行，也拓展了宏（hóng）程序（xù）的應（yīng）用領域。

關鍵詞: 梯形螺紋; 宏程（chéng）序; 數控車床; 加（jiā）工方式

1 、引言

梯形螺（luó）紋被廣泛應用在各種傳動中，用以傳遞準確的動力和運（yùn）動，特別在傳遞較（jiào）大扭矩或大型設備中應用較為廣泛，所以精度要（yào）求比較高。與三角螺紋對比，梯形螺紋牙形深度大，牙形角度小，而且與梯形螺母之間尚有一定的配（pèi）合精度，所（suǒ）以加（jiā）工較為困難。

在批量不大的情況下梯形螺紋一般采取（qǔ）普通車床加工，但效率較低。批量比較大（dà）的情況下一般采用專用的設（shè）備，如旋風銑。用普（pǔ）通車床加工梯形螺紋時對（duì）機床操作者素質要求（qiú）較高，螺紋加工的質量好壞與（yǔ）精度穩定性受人為因素（sù）影響，這就對梯形螺紋提出了高（gāo）效率高精度的製造要求

數控車床加工梯形螺紋的優（yōu）勢是有比較穩定的加工（gōng）性能、高效率、高精度。這就為梯形螺紋的車削加工（gōng）提供了良好的加工基礎，但（dàn）采取數控（kòng）車床加工梯形螺紋（wén）也存在（zài）著一定的技術難度（dù），一是加工（gōng）梯形螺紋的數控編程較為複雜（zá），二是對刀具（jù）要求高，三是梯形螺紋（wén）車削時，吃刀深，切削餘量（liàng）大，徑向抗力大，容易產生（shēng）崩刀現象（xiàng），導致工件報廢（fèi）或刀具損壞。

本文針對（duì）數（shù）控車削加工梯（tī）形螺紋碰到的通用難點問題，通過對梯形螺紋的加工工藝及加工要

領進行分析，連（lián）係 FANUC 0i 係統宏程序（xù）的應用進行研究，摸索出（chū）一種利用螺紋加工指令和 B 類宏程序相結（jié）合的（de）梯形螺紋（wén）數控車削（xuē）加工方法，經現實生產驗（yàn）證切（qiē）實（shí）可行。

2 、梯形螺紋的加工工藝分析

2． 1 梯形螺紋的加工方法

梯形螺紋（wén）的加（jiā）工，通常采用材料為高速鋼的刀具進行低速車削，加工方法常用以下四種進（jìn）刀方法，即: 直切法、斜切法、左（zuǒ）右切削法和車槽法。

( 1) 直（zhí）切法直切法切削梯形（xíng）螺紋方法較為簡單，編程快捷適用於刀具材料和質量（liàng）都比較好且（qiě）加（jiā）工螺距 P＜ 5mm 的梯形螺紋。加工（gōng）時，車刀刀頭寬度應與梯形螺紋底部槽寬相等，刀具沿橫向( X 向) 進刀，車刀 Z 向不作運動，車刀間歇進給至牙深處，如圖 1( a) 示（shì）。直切法在（zài）數控車床上可采用螺紋循環加工指令 G92 來（lái）實現（xiàn），但是采取此方法加工梯形螺紋時，螺紋（wén）車刀（dāo）的三刃均（jun1）參與（yǔ）切削，導致排屑困難，切削力和切削熱陡然增加，刀尖磨損較快（kuài）; 當刀（dāo）尖接近螺紋槽底時（shí），易產生（shēng）紮刀、崩刀現象。

( 2) 斜切法斜切法適用於加工 5≤P ＜ 12 的梯形螺紋。加工（gōng）時，螺紋車刀沿牙型角方向斜切切削（xuē）到牙型深處，如圖 1( b) 示（shì）。采用此（cǐ）種方法加工梯形螺紋時，螺紋車（chē）刀始終（zhōng）隻有單邊刀刃參加切削，從而刀尖的（de）受熱受力情（qíng）況有所改善，排屑也比較順暢，在車削中不易引起“紮刀

”現象。該方法在數控車（chē）床上可采用 G76 指令來實現。

( 3) 左右切削法當使用左右切削（xuē）法加工時，刀具沿牙型外輪廓方向左右交替間隙切削至牙型深處（chù），如（rú）圖 1( c)示。此加工方（fāng）法與斜切法（fǎ）有共（gòng）同點，不同（tóng）的（de）是刀具兩個側刃交替切削，進一步減少刀具受磨損的程（chéng）度，並可衍生出中左右切削（xuē）法。需指出的是此加工方法需用宏指令編（biān）程來實現。

( 4) 切槽法切槽法適用於加（jiā）工 p≥8mm 以（yǐ）上的梯形螺紋。這種切削方式是先用切槽刀開粗，然後用梯形螺紋刀精加工螺紋（wén）的兩個側麵，如圖 1( d) 示。由於對刀、換刀等（děng）在（zài）實（shí）際加工中難（nán）度加大，因（yīn）此這種方法的編（biān）程與加工在數控車床上較難實現。

2． 2 梯形螺紋加工方法的優化

對以上四種螺紋加（jiā）工方法進行分析（xī）研究可以看出，除直切法外，其他三種螺紋車削方法在一定程度上都盡可能減少或避免三刃同（tóng）時切削，這（zhè）使刀尖受力得（dé）到改善，排屑較為順（shùn）暢，很大程度上避（bì）免了出現振動和紮刀（dāo）現象，提高了刀具切削參數（shù），確保梯形（xíng）螺紋的表麵加工質量。但是要（yào）熟練掌握以上三種車削方法比較困難，操作也十分繁（fán）瑣，故該方法有待於簡單化（huà）、易操作（zuò）。

為了提高表（biǎo）麵（miàn）質量和加工效（xiào）率（lǜ），采（cǎi）取左右切削法和直切法（fǎ）相結（jié）合形成的“分層切削法”進行梯形螺紋加工，能極大（dà）地（dì）改善梯形螺紋（wén）加（jiā）工中所出現的上述問題。分層切削法在（zài）車削梯形螺紋時不宜一次性（xìng）就把梯形牙（yá）槽切削加工（gōng）出來，而（ér）是把牙槽形狀（zhuàng）按照螺紋的牙型深度分成若幹層，從而減少了螺紋車削時的切削力。

每一層的切削都采用先直切（qiē）後，再在同一深度沿牙型角方向依次使（shǐ）用兩邊兩個側刃（rèn）車削的（de）方式，由於兩側刃切削時螺紋牙槽深度不變，車刀隻需做先左，後（hòu）右的縱向( Z 向) 進給即可。如圖 2 所（suǒ）示，隨著切深的增加，層（céng）間厚度（dù）不斷（duàn）減小，切削（xuē）時采用 a、b、c 排列順序（xù）加（jiā）工。所以，分層法不會出現紮刀及振動等不利（lì）因素，此法在蝸杆或大螺距螺紋加（jiā）工中其優點尤為突出。

3 、梯形螺紋的尺寸（cùn）計算

3． 1 梯形螺（luó）紋的（de）基本尺寸計算

梯形螺紋的基本尺寸計（jì）算公式如下:

以（yǐ）如圖 3 示軸類零件右（yòu）端的 Tr40 × 6 梯形螺紋為本文（wén）加工實例，其各部分尺（chǐ）寸計（jì）算為:

3． 2 梯形（xíng）螺紋的左、右借刀量計（jì）算

高速鋼梯形螺紋粗車刀（dāo）刀頭寬度應小於牙槽底寬 W( W = 1． 93) ，刀頭寬度取（qǔ） 1． 3mm

左右。左( 右) 移刀量 = tan15° × ( 牙高－當前層背吃刀（dāo）量) + ( 牙槽底寬－刀頭寬度) /2。

4 、梯形螺紋（wén）的宏程序編製（zhì）

4． 1 變量的使用

數控係統的宏程序允許在編程時（shí）進行變量設（shè）置，對變量進行（háng）算術運算和邏輯運算、在程序中進行條件轉移和循環操作，控製刀具加（jiā）工出形狀複雜的零件。本例中加工梯形螺紋的變量如表 1 所示，首先按照圖紙尺寸填寫表中的螺紋尺寸參數變量，然後結（jié）合工藝（yì）條（tiáo）件選取切削加工參數變量並填入表 1 中對應各欄。

4． 2 宏程序及說明

數控車床: CAK 6136( 沈陽機（jī）床廠) ，數控係（xì）統: FANUC 0i mate TD編製 Tr40 × 6 梯形螺紋的加工宏程序如表 2所示。

表 2 宏程序（xù）及（jí）說明

4． 3 注意事項

( 1) 為保障加工質量梯形螺紋加工時需實時測量及時（shí）修改程序裏的宏參數來控製加工精度。

( 2) 當調整切削（xuē）用量（liàng）或調更（gèng）換刀具時（shí），隻需改變（biàn）程序體中#4、#5 等參數的值即可。

( 3) 當（dāng）加工不同規格( 螺（luó）距) 的梯形螺紋時，隻需改（gǎi）變宏程序（xù）中 G92 後（hòu）的 X、Z 等參數的值便可（kě）。

( 4) 由於用（yòng）高（gāo）速鋼刀具進行低（dī）速切削，需控製主軸轉速( s) 不能過高，整個切（qiē）削過程中打開切削液。

5 、結論

在工廠（chǎng）批量生產（chǎn）中（zhōng）運用宏程序編程采用分層法數控車床加工梯形螺紋或蝸杆，大大提高了加工效（xiào）率，同時也節省刀具的損耗，並能夠穩定加工精度。此種加工方法（fǎ）不僅僅適用於梯形螺紋及蝸杆的加工，對具有同軸螺旋特征的旋轉類零件也（yě）有一定的加工參考價值（zhí）。

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