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變導程螺杆加（jiā）工的通用宏程序設計

2016-8-2 來（lái）源：廣東省（shěng）機械技師學院作（zuò）者：謝曉紅

摘要：變導程螺杆（gǎn）螺紋形狀比較特殊，螺紋牙型深度（dù）和寬（kuān）度比普通（tōng）螺紋大很多，牙（yá）型螺距在發（fā）生變化，生產中常（cháng）用的螺紋編程功能和CAD／CAM編程軟件不能實現（xiàn）加（jiā）工。針對該類螺紋（wén）加工複雜且困難的特點，提出了在數（shù）控（kòng）車削中使用宏程序的加工方法。通過分析（xī）變導（dǎo）程螺杆（gǎn）的結構特點，以及螺紋牙型分析，基於（yú）FANUC—OTB數控係統，采（cǎi）用增量逼（bī）近包絡線成（chéng）形的工藝方法，設（shè）計了加工變導程傳動螺紋加工的通用（yòng）宏程序，同時分析了螺紋加工時（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變量值，用戶采用普通車（chē）刀，可以加工不同直徑和螺距的（de）傳（chuán）動螺紋外螺紋（wén）。

關鍵詞：變導程螺杆；數控車削；流程圖；通用宏程（chéng）序

1、引言

異型螺杆是壓縮機、冷凍機（jī）、注塑機、自（zì）動包裝線等設備的關鍵性（xìng）基礎零件，廣泛應用（yòng）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。但異型螺杆存在加工困難的弱點，製約了其應用。目前，異（yì）型螺杆特（tè）別是各種規格的異型螺杆和普通螺杆的一次性混合加工通常在（zài）專用機床上實（shí）現，普通（tōng）機床（chuáng）和經濟型數控機床一般都不具備加工異型螺杆（gǎn）的功能，而這些專用機床（chuáng）則基本上依賴進口。為此提出了在常用數控係統（tǒng）配置的普通數控車床上，采用宏程序指令編製（zhì）變導程螺杆（gǎn）類零件，解決變導程異形螺杆（gǎn）的複雜數控（kòng）編程問題，用戶(程序（xù）員)可以借鑒（jiàn）或（huò）直接調用供數控車削實際加工。

2、變導程螺杆加工數控編程分析（xī）

2．1數控編程應用分析

數控加工程序的編製方法主要是手（shǒu）工編製程序和自動編製兩種（zhǒng）方法。盡管CAD／CAM自動編程在複雜形（xíng）狀零件以及在三維曲（qǔ）麵加工（gōng）中（zhōng）日趨普及，但是對於機械零件中一些很特殊零件的應用，采用CAD／CAM軟件自動編程不一定能輕易地解決，例如鋸齒形螺紋、變導程（chéng）螺紋和大導（dǎo）程梯形螺（luó）紋（wén）的加工等，不可能采用成型刀具通過CAM軟件自動編程完（wán）成螺紋（wén）加工，同時手工編（biān）程的普通程序指令滿足不了該類（lèi）零件（jiàn）的編程與（yǔ）加工。針對機械類特殊零（líng）件的編程與加工，國內外大部分數（shù）控係（xì）統提供了用（yòng）戶宏程（chéng）序功能，例如FANUC和SIEMENS數控（kòng）係（xì）統，用戶可以對數控係統進行一定的功能擴展(對用戶的開放)，使用變量編程，即宏（hóng）程序的運用，使用戶(程序員)可以在數控係統的平台上進行二次開發，進行模塊化加工程（chéng）序設計（jì）。

2．2變導程螺杆宏程序設計（jì）主要內容

變導程螺杆加工屬於工程實踐項目，來自於通過普通數（shù）控車（chē）床如何解決特殊螺紋加工的技術（shù）應用問題。勻（yún）變程螺杆（gǎn）的兩種情況，如圖1、圖（tú）2所示。一種是槽等寬牙變導（dǎo）程，如圖（tú）1所示。一種（zhǒng）是牙等寬槽變導程，如圖2所示。用一定寬度的成形螺紋（wén）刀，加工變（biàn）導程螺紋，槽寬相等較能夠保（bǎo）證，若保證牙寬相等就不易操作。通過牙等寬槽變導程螺杆加工的程序（xù）設計為案例，基於FANUC數控係統宏程序的應用，在數控車床上（shàng）通過變量編程進行程序二次開發（fā）翻（fān）十，重點解（jiě）決變導程螺杆（gǎn）特殊（shū）螺紋件的加工方（fāng）案以及宏（hóng）程序流程（chéng）圖設計，編製模塊化宏程（chéng）序加工不同尺（chǐ）寸的變導程螺（luó）紋，解（jiě）決通用數控車床加工（gōng）異（yì）形、複雜螺（luó）紋零件（jiàn）的技術難題。

圖1槽等寬牙變距螺杆（gǎn）

圖2才等覽憎變距螺

3、變導程螺杆（gǎn）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尺寸標注，其具（jù）體（tǐ）尺寸可通過（guò）實際零件的尺寸標注給出，如圖3所示。假設螺杆（gǎn）外徑及螺紋退刀槽都已加（jiā）工完成，采用一夾頂裝夾，本工（gōng）序隻分析變導（dǎo）程螺紋部分的加工工藝與（yǔ）宏程序設計（jì）。

圖3螺（luó）杆牙型及編程坐標係

圖4梯形螺紋粗、精車刀

3．1．1刀（dāo）具選用

由於螺杆螺（luó）紋左右兩側麵對稱，均為15。斜角，粗（cū）車刀使（shǐ）用牙型角(28。29)。梯形螺紋車刀(牙型角30。)。螺杆兩側牙根均為（wéi）R角倒（dǎo）圓相切，為考慮程序設計的通用性，精車刀仍選用牙型角紋車（chē）刀)，如（rú）圖4所示。車刀的刀頭（tóu）寬一定要小於第1個螺（luó）紋的牙槽底寬（kuān）。

3．1．2螺紋成形工藝分析與走刀路線設計

(1)螺紋成型工（gōng）藝分（fèn）析（xī）。根據變導程螺杆零件結（jié）構特點，由於螺紋（wén）兩（liǎng）牙（yá）側麵對稱，可以借鑒（jiàn）範成（chéng）法加工齒輪的工藝思路，采用分層切削和左（zuǒ）右進給法，通過（guò）逐次調整軸向左右和（hé）徑向的進給深度，在工件表麵加工，v條螺紋，用Ⅳ條螺紋（wén）包絡形成帶倒圓角梯形螺紋的牙（yá）型。同時為提高生產效率，可以將切削分為粗加工和精加工兩個工序來完（wán）成。粗加工主要完成螺紋牙型輪（lún）廓當中（zhōng）大餘量的切削，在本工（gōng）序中不涉及螺紋牙型精度，加工中循環進給步距可以（yǐ）適當放大，以提高生產效（xiào）率；精（jīng）加工主（zhǔ）要完成螺紋牙（yá）型輪（lún）廓的形成，直接（jiē）關係到（dào）螺紋的精度，加工中循環（huán）進給的步距可適（shì）當減（jiǎn）小，以提高螺紋精度。(2)走刀路線設計。先從螺紋牙型中間橫向下刀一定深度，切削螺紋；然後再往兩邊縱向進給切削至保留精加工餘量（liàng）；再從中間橫向下刀切削，如此（cǐ）反複直（zhí）至牙底；最後（hòu）對螺紋兩側麵進行精加工。粗精加工路線示意圖，如圖5、圖6所（suǒ）示。(3)工藝（yì）難點的解決（jué）。由於使用的刀具為普通梯（tī）形刀具，螺紋根部（bù）牙形不能通過刀具（jù）形狀保證，所以，如何正確保（bǎo）證螺紋的牙型是加工中較為突出的工（gōng）藝問題；其次（cì），由於槽寬勻變距增加，如何（hé）保證在加工過程中後一個螺紋牙槽寬比前—個螺紋牙槽寬（kuān）增加AP。是加工中必須突破的工藝難點。因此（cǐ）為保證勻變距（jù）槽寬，實現進給迭代和（hé）加工循環，在分層進行左右進給車削，需同時改變G34指令中導程數值，由於（yú）螺紋起刀點從牙型中間向左分N次進給時（shí），G34指令中（zhōng）導程將逐次增加螺距，反之，向（xiàng）右分N次（cì）進給（gěi）時，G34指令中導程將逐次減少螺距，才能確保第二（èr）個牙槽寬比第一個（gè）牙槽寬增加勻變（biàn）距（jù）量。

圖5粗（cū）加工路線幽圖 6精加工路線

3.2通用宏程序設計

3．2．1螺紋加工輪（lún）廓計算

根據螺紋加工走刀路線，要實現進給迭代和加工循環，需要定義變量（liàng）和進行牙型邊界的邏輯判斷，需要計算牙型輪廓的曲線方程。己知螺杆牙型基本參數（shù）為：公稱直徑d，中徑略，底（dǐ）徑，牙深（shēn），牙頂寬（kuān），第一個牙槽寬，基本螺距P，螺距勻變量△P'根部圓角半徑，螺紋加工長（zhǎng）度等，如圖3所示。

由幾何知識（shí）可知，牙型斜（xié）麵與圓角相切的切點到牙底（dǐ）之間的距x。：(單位：mm)

xr,=R-R*sinl5。(R：螺紋牙根圓弧半徑) (1)

3．2．2變量設置

本設計采用FANUC 0TB數控（kòng）係統，有關勻（yún）變導程螺杆宏程序設計的尺寸變量賦值（zhí），如表1所示。

表1通用宏程序設計時變量賦值（zhí）

3．2．3螺杆加工程（chéng）序（xù）設（shè）計流程

(1)粗加工程序設計思（sī）路。采用分層切削、左右進給法，使用寬度窄（zhǎi）的普通梯形螺紋車刀，先從牙型中間橫向下刀一定深度，車削螺紋（wén）；然後再往（wǎng）兩邊縱向進給畏削至保留精加（jiā）工餘量；接著再從中間橫向下刀車削，如此反複直（zhí）至牙底。程序設計流程，如圖7所示。

(2)精加（jiā）工程序設計流程。刀具從螺紋牙底中間起刀，分別沿螺紋（wén）左右兩側麵輪廓進行精加工，設計流程，如圖8所示。

圖7粗加工程序設計流程圖圖8精加工程序設計流（liú）程圖

(3)二級子程序設計流程。螺紋加工（gōng）時縱（zòng）向、橫向進給采用（yòng）二級子程序套用的方（fāng）式編程。第一（yī）級（jí）子程序，主要控製刀具橫向和縱向進給的判斷和數值計算，橫向進給時，以刀具的下刀切削後的待切削深度作為判斷依據（jù），每次橫向下刀量為增量；gt向進給時（shí），以刀具縱向偏移量與（yǔ）當前層（céng）最大偏移量比較作為判斷依（yī）據，每次縱向進刀量為增（zēng）量（liàng）。二級子（zǐ）程序進行（háng）螺紋切（qiē）削，以中線為（wéi）基準，左右偏置進給切削。流程圖設計，如圖9、圖10所示。

圖9 0003號一級子圖程（chéng）序設計流程圖 10 0004號二級子程序設計流程圖

3．3零件（jiàn）加工工（gōng）藝與精度分析（xī）

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

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

(3)由於采用分層、左右切削法，粗加工分層（céng）進給的步距可適當放大，但並非越大（dà）越好（hǎo），步距太（tài）大，刀具的強度、壽命，工件的振動等問題突現。精加工循環進給的（de）步距可適當放小，但（dàn）並非越小越好，步（bù）距太小，刀具可能會在工（gōng）件表麵產生“爬行”現象，對工件不（bú）是刀削而是（shì）擠壓和切（qiē）削並存，反而影響加工（gōng）質量。

4、結診

(1)方案設計的可適應性和通（tōng）用（yòng）性。與常規加工方法(成形（xíng）刀（dāo）具法)相比，由（yóu）於粗（cū）車刀采用了刀（dāo）尖角小於牙型角的普通刀具設（shè）計加工宏程序，精加工采用標準牙（yá）型（xíng）梯形（xíng）螺紋車刀(市場上有大量成型梯（tī）形螺紋車刀)設計加工宏程序，可以提高粗車時（shí）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上采用一般刀具就可以完成變導程螺（luó）杆（gǎn）的加工。

(2)方案設計的可推廣（guǎng）性和參（cān）考性。通過加工驗證，通用宏程序能加工不同（tóng）規格（gé）的大導程異形螺紋。推而（ér）廣之，利用宏程序的變量定義、邏（luó）輯判斷、循環指令（lìng）調用（yòng）等功能，用增量逼近包絡線成型（xíng）的工（gōng）藝方（fāng）法（fǎ）加工常（cháng）規編程難（nán）以（yǐ）加工的特殊（shū）機械零（líng）件。

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