摘 要：變導程螺杆螺紋形狀比較特殊，螺（luó）紋牙型深度和寬度比普通螺紋（wén）大很多，牙型螺（luó）距在發生變化，生產中常（cháng）用的螺紋（wén）編程（chéng）功能和 CAD/CAM 編程軟件不能實現加工。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（hóng）程序（xù）的（de）加工方法。通（tōng）過分析變導程螺杆的結構特點，以及（jí）螺紋牙型（xíng）分析，基於 FANUC-OTB 數控係（xì）統，采用增量逼近（jìn）包絡線成形的工藝方法，設計了加工變導程傳動螺紋加工的通用宏程（chéng）序，同時分析了螺紋加工時（shí）的加（jiā）工精度和工藝問（wèn）題（tí）。通過使用宏程序模板和改變螺紋參（cān）數的變量值，用戶采用普通車刀，可以加工不同直徑和螺距的傳動螺紋外螺紋。
 
      關鍵（jiàn）詞：變（biàn）導程螺杆；數控車削；流程（chéng）圖；通用宏程序
 
      1 、引言（yán）
 
      異型螺杆是壓縮機、冷凍機、注塑（sù）機、自動包裝線等設備的關鍵（jiàn）性基（jī）礎零件，廣泛應用於工業生產的各個領域（yù），螺（luó）杆的加工質量直接影響這些設備（bèi）的性能。但異型螺杆存（cún）在加工困難的弱點，製約了其（qí）應用。目前，異（yì）型螺杆特別是各種規格的異型螺杆（gǎn）和普通螺杆的一次（cì）性混合加工通常在專用（yòng）機床上實現，普通機（jī）床和經濟型數（shù）控機床（chuáng）一般都不具備加工異（yì）型螺杆的功能，而（ér）這些專用機床則基本上依賴進（jìn）口。為此提出了（le）在（zài）常（cháng）用（yòng）數控係統配（pèi）置的普數控車床上，采（cǎi）用宏程序（xù）指令編製變導程（chéng）螺杆類零件（jiàn），解決變導程異（yì）形螺杆的複雜數控編程問題（tí），用戶（程序員）可以借鑒或直接調用（yòng）供數控車削實際加工。
 
      2 、變導程（chéng）螺杆加工數控編程分析（xī）
 
      2.1 數控編程應用分析
 
      數控加（jiā）工程序的編製方法主要是手工編製程序和自動編製兩種方法（fǎ）。盡管 CAD/CAM 自動編程在複雜形狀零件以及在（zài）三維曲麵加工（gōng）中日趨普及，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（chéng）不（bú）一定能輕易（yì）地解（jiě）決，例如鋸齒形（xíng）螺紋、變導程螺紋和大導程梯形螺紋的加工等，不可能采用成型刀具通過 CAM 軟件自動編程完成螺紋加工，同時（shí）手工編程的普通程序指令滿足不了（le）該類零件的編（biān）程與加工。針對機械類特殊零件的編程與加（jiā）工，國內外（wài）大（dà）部（bù）分數控係統提供了用戶宏程序功能，例（lì）如 FANUC 和 SIEMENS 數控係統，用（yòng）戶可（kě）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（liàng）編（biān）程，即宏（hóng）程序的運用，使用戶（程序（xù）員）可以在數控係統的平台上進行二（èr）次開發，進行模塊化加工程序設（shè）計。
 
      2.2 變導程螺杆宏程（chéng）序設計主要（yào）內容
 
      變導程（chéng）螺杆加工屬於工程實踐項目，來自於通過普通數控車床如何解決特殊螺（luó）紋加工（gōng）的技術（shù）應用問題。勻變程（chéng）螺杆的兩種情況，如圖（tú） 1、圖 2 所示。一種是槽等寬牙變導程，如圖 1 所示。一種是牙（yá）等寬槽變導程，如圖 2 所示。用一定（dìng）寬度的成形螺紋刀，加工變導程螺紋，槽寬相等較能（néng）夠保（bǎo）證，若保證牙寬相等就不易操作。通過（guò）牙等（děng）寬槽變導（dǎo）程螺杆加工的程（chéng）序設計為案例，基於 FANUC數控係統宏程序的應用，在數控車床上通過變量編程進行程序二次開發設（shè）計，重點解決變（biàn）導程螺杆特殊螺紋件的加工方案以及（jí）宏程序流（liú）程圖設計，編製（zhì）模（mó）塊化宏（hóng）程（chéng）序加工不同尺（chǐ）寸的變導程螺紋（wén），解決通用數控車床加工異形、複雜螺紋零件的技術（shù）難題。
 

                                 圖 1 槽等寬牙變距螺杆

     
  
                               圖 2 牙等寬槽變距螺杆（gǎn）
 
      3、 變導程螺杆通用宏程序設計
 
      3.1 勻（yún）變導程螺杆加工工（gōng）藝分析
 
      牙等寬槽變距螺杆的基本尺寸標注，其具（jù）體尺寸可通過實際零（líng）件的尺寸標（biāo）注給出（chū），如圖（tú） 3 所（suǒ）示。假設（shè）螺杆外徑及螺紋退刀槽都已加工完成（chéng），采用一夾頂裝夾，本工序隻分（fèn）析變導程螺紋部分的加工工藝與宏（hóng）程序設計（jì）。

       
                        圖 3 螺杆牙型及編程坐標係

               
                     圖 4 梯（tī）形螺紋粗、精車（chē）刀
 

      3.1.1 刀具選用（yòng）
 
      由於（yú）螺杆螺紋左右兩側（cè）麵（miàn）對（duì）稱，均為 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（xiàng）切，為考慮程序設計的通用（yòng）性，精車刀仍選（xuǎn）用牙型角30°的標準梯形螺紋車刀（一般沒有帶（dài）帶較（jiào）大 R 角的成型梯形螺（luó）紋（wén）車刀），如圖 4 所示。車刀的刀頭寬一定要小於第 1 個螺紋的牙槽底（dǐ）寬。
 
       3.1.2 螺紋成形工藝分析與走刀（dāo）路線設計
 
      （1）螺紋成型工藝分析。根據變導程螺杆零件結構特點，由於螺（luó）紋兩牙側麵對稱，可以借鑒範成法（fǎ）加工齒輪的工（gōng）藝思路，采用分層（céng）切削和左右進給法，通過逐次（cì）調整軸向（xiàng）左右和徑向的進給深度，在（zài）工件表麵加工 N 條螺紋，用 N 條螺紋包絡形成帶倒圓角梯形螺紋的牙型。同時為提高（gāo）生產效率，可以將切削分為粗加工和精加工兩個工序（xù）來完成（chéng）。粗加工主要完成螺紋牙型輪廓當中大（dà）餘量的（de）切削，在本工序中不涉及螺紋牙型精度，加工中循（xún）環進給步距可以（yǐ）適當放大，以提高（gāo）生（shēng）產效率；精加工主要完成螺（luó）紋牙型輪（lún）廓的形成，直接關係到螺紋的精度，加工（gōng）中（zhōng）循環進給的步距可適當減小，以提高螺紋精度（dù）。
      （2）走刀路線設計。先從螺（luó）紋牙（yá）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；再從中間橫向下刀切削，如此反複直（zhí）至牙底；最後對螺紋兩側麵（miàn）進行精加工。粗精加工路（lù）線示意（yì）圖，如圖 5、圖 6 所示。
      （3）工藝難點的解決。由於使用的刀具為普通梯形刀具，螺紋根部牙形不能通過刀具形狀保證，所以，如（rú）何正確保證螺紋的牙型（xíng）是加工中較為突出的工藝問題（tí）；其次，由於槽寬勻變距增加，如何保證在加工過程中後（hòu）一個螺紋牙槽（cáo）寬比前一個螺紋牙槽寬增加 ΔP，是加工中（zhōng）必（bì）須突破的工（gōng）藝難點。因此為保證勻（yún）變距槽寬，實現進給迭代和加工循環，在分層進行左右進給車削，需同時改變 G34 指令中（zhōng）導程數值，由於螺（luó）紋起刀點從牙型中間向（xiàng）左（zuǒ）分 N 次（cì）進給時，G34 指（zhǐ）令中導程將逐次增加螺距，反之，向右分 N 次進給時，G34 指令中導程將逐次減少螺距，才能確（què）保第（dì）二個牙槽寬比第一個牙槽寬增加勻變距量。

                            圖 5 粗加工路線     圖 6 精加工（gōng）路線
 
      3.2 通用宏程序設計
 
      3.2.1 螺紋加工輪廓計算
 
      根據螺紋加工走刀路線，要實現進（jìn）給迭代和加工循環，需要定義變量和進行牙型邊界的邏輯判（pàn）斷，需要計算牙型輪（lún）廓的曲線方程。己知螺（luó）杆（gǎn）牙型基本（běn）參數為（wéi）：公稱直（zhí）徑 d，中徑（jìng）略，底徑，牙深，牙頂寬，第一個牙槽寬，基（jī）本螺距 P，螺距（jù）勻變量 ΔP，根（gēn）部圓角（jiǎo）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，有關勻變導程螺杆宏程序設計的尺寸變量賦值，如表 1 所示。

                          表 1 通用宏程序設計時變量賦值

     
   
      3.2.3 螺杆加工程序設計流程
 
      （1）粗加工程序設計思路。采用分層切削（xuē）、左右進給法，使用寬度窄的普通（tōng）梯形螺紋車刀，先從牙型中間橫向下刀一定深（shēn）度，車削螺（luó）紋（wén）；然（rán）後再往兩邊縱向（xiàng）進給畏削至保留精加工餘（yú）量；接著再從中間橫向下刀車（chē）削（xuē），如此反複直至牙底。程序（xù）設（shè）計流程，如（rú）圖7 所示（shì）。
 
      （2）精加工程序設計流程。刀具從螺紋牙底中（zhōng）間起（qǐ）刀，分別沿螺紋左右兩側麵輪廓進行精加工，設計流程，如（rú）圖 8 所示。

                        
                                圖 7 粗加工程序設計流（liú）程圖
  
  

                    
                               圖 8 精加工程序設計流（liú）程圖
 
   
      （3）二級子程（chéng）序設計流程。螺紋加工時縱向、橫向進給采用二級子程序套用的（de）方式編程。第一級子程序，主要控製刀具橫向和縱向進（jìn）給的判斷和（hé）數值計算，橫向（xiàng）進給時，以刀具的下刀切削後的待（dài）切削深度作為判斷依據，每次橫向下刀（dāo）量為增量；縱向進給時，以刀具縱向偏移量與當前層最大偏移量比較作為判斷依據，每次縱向進刀（dāo）量為增量。二級子（zǐ）程序進行螺紋（wén）切削，以中（zhōng）線為基準，左右偏置進給切削（xuē）。流程圖設計，如圖 9、圖 10 所示。
  

                       
  
                            圖 9 0003 號一級子程序設（shè）計流程圖
 

                             圖 10 0004 號二級子程序設計流程圖
   
      3.3 零件（jiàn）加工工藝與精度分析
 
     （1）粗加工的刀具軌（guǐ）跡都是按螺紋（wén）輪廓編程的，精加工（gōng）餘（yú）量（liàng）也可（kě）以通過粗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（wén）輪廓是采用增量（liàng）接近螺紋線包絡（luò）的方法形（xíng）成的，循環進給增量的大小將影響輪廓的形狀（zhuàng）誤差和表麵光潔度。采（cǎi）用帶刀尖圓角的刀具，將減少切削（xuē）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距可適（shì）當（dāng）放大，但並非越大越（yuè）好（hǎo），步距太大（dà），刀具的強度、壽命，工件的振動等問題突現。精加工循環進給的步距可適當放小，但並非越小越好，步距（jù）太小，刀（dāo）具可能（néng）會在工件表麵產生“爬（pá）行”現象，對工件不是（shì）刀削（xuē）而是擠壓和切削並存，反而影響加工質量。
 
      4 、結（jié）論
 
     （1）方案設計的可適應性和通（tōng）用性。與（yǔ）常規加（jiā）工方法（成形刀具法）相比，由於（yú）粗（cū）車刀采用了刀尖角小（xiǎo）於牙型（xíng）角的（de）普通刀具設計加工宏程序，精加工采用標準牙型梯形螺紋車刀（dāo）（市場上有大量成型梯形螺紋車刀）設計（jì）加工宏程序，可以提高粗車時生產效率，保證精加工兩（liǎng）側表麵質量和牙型精度，因此在普通數（shù）控車床上采用一般刀具就可以完成（chéng）變導程螺杆的加工。
 
     （2）方案設計的可推廣（guǎng）性和參考性。通過加工驗證，通用宏程序能加（jiā）工不同（tóng）規格的大導程異形螺紋。推而（ér）廣之，利用宏程序的變量定義、邏輯判斷、循（xún）環指令調用等功能（néng），用增量逼近包絡線成型的工（gōng）藝方（fāng）法加工常（cháng）規編程難以加（jiā）工的特殊機械零件。