特殊圆弧螺纹的数控车削宏程序研究

卢万强，罗忠良

(四川工程职业技术学院，四川德阳 618000)

1 特殊圆弧螺纹的车削技术难点

某饮料罐装机械产品如图1所示，其中有一个特殊圆弧螺纹，螺纹牙型结构见图1的局部放大图Ⅰ。

图1 特殊圆弧螺纹零件图

由于该圆弧螺纹比较特殊，其牙顶和牙底都是光滑连接、均匀变化的圆弧曲线，若采用一般的成型刀具加工或者采用菱形刀具“左右赶刀”，分层加工等常规方法，不仅编程计算复杂，劳动强度大，加工效率低，而且刀具易磨损，加工过程不稳定，表面质量差，尺寸不易控制，容易产生废品。除此之外，加工余量和螺纹圆弧尺寸的变化都会给编程、加工带来很大困难。

2 特殊圆弧螺纹车削方案

对于上述问题，较为有效的方法是想办法减小切削抗力，简化复杂的数学计算。具体的做法是在螺纹加工的轴向上利用车削多线螺纹的原理，采用近似逼进的方法车削圆弧螺纹，先依次计算出一个螺纹导程上牙顶轮廓、牙底轮廓圆弧上各点的坐标，再分别依次以这些坐标为基准，用螺纹车削指令加工出经过上述各点螺旋线，所有这些螺旋线的包络轨迹就形成了最终的圆弧螺纹;在径向上采用分层加工较少切除量。通过两个方向上的分割处理，逐渐切除多余材料，完成圆弧螺纹加工。

实现上述加工过程的关键是每一次刀具起始坐标位置的计算和螺纹牙型的变化规律。可以利用数控系统宏程序编程强大的运算功能和循环控制功能，让数控系统自己运算获得每一次走刀的具体坐标，并通过变量编程实现加工。

特殊圆弧螺纹的具体数控车削宏程序设计流程如图2所示。

图2 特殊圆弧螺纹加工宏程序设计流程

特殊圆弧螺纹牙型分析计算如图3所示。

图3 特殊圆弧螺纹牙型分析计算

该圆弧螺纹的圆弧半径是R，点1是圆弧螺纹牙顶轮廓的起点，点2是圆弧螺纹牙顶轮廓的终点又是圆弧螺纹牙底轮廓的起点，点3是圆弧螺纹牙底轮廓的终点，即圆弧螺纹的牙顶轮廓的加工范围是60°～120°，牙底圆弧轮廓的加工范围是-60°～-120°，牙底和牙顶圆弧螺旋线在轴向错开了半个螺距。

3 特殊圆弧螺纹车削加工刀具和余量分配

根据上述分析，该零件的特殊圆弧螺纹的加工可以用尖刀 (普通的35°菱形刀片也行)，尖刀的主偏角和副偏角一定要计算合理，既保证刀具强度又要避免干涉和过切。也可以用R刀，但刀具的半径必须小于螺纹的圆弧半径。

该零件的圆弧螺纹加工的余量很不均匀，牙底部分余量较大，而牙顶部分余量较少，甚至没有，因此工艺上要重点考虑，可以单独完成粗加工、半精加工，也可以在前一道工序 (车光轴时)统一考虑精加工余量。也可以在程序编制时通过牙底部分的子程序调用实现粗加工和半精加工 (参见后面提供的程序)。

4 特殊圆弧螺纹车削的宏程序编制

考虑到程序的通用性和灵活性，对该圆弧螺纹的数控程序的设计，尽量通过变量和宏程序实现，在加工材质不同、尺寸不同而螺纹齿形相同的零件时，只要通过调整变量而不必改变程序，就能加工出所需螺纹。既节省编程时间，又避免在每次编程时可能会出现的失误，提高了工作效率。

表1是特殊圆弧螺纹数控车削通用宏程序中的变量及含义说明。特殊圆弧螺纹的数控车削通用宏程序 (以

表1 变量及含义

FANUC 0iT系统为例)如下:

5 结束语

通过在轴向和径向分别多层次切削的方法，减小加工过程中的切削抗力，在计算刀具轨迹的过程中，利用宏程序的运算和控制功能简化了复杂计算，保证了加工质量。

经实践证明:加工效果良好，解决了形状复杂的特殊螺纹用传统螺纹加工方法无法加工的难题，同时也为其他类似问题提供了参考。

［1］卢万强.基于大螺距螺纹分层车削的参数编程研究［J］.机床与液压，2011，39(10):60-61.

［2］穆瑞.应用宏程序高速车削梯形螺纹［J］.机床与液压，2009，37(12):248-249.

［3］李家杰.数控机床高效编程技巧［J］.机床与液压，2009，37(2):210-212.

［4］孙德茂.数控机床车削加工直接编程技术［M］.北京:机械工业出版社，2005.

［5］顾雪艳.数控加工编程操作技巧与禁忌［M］.北京:机械工业出版社，2008.

［6］张超英.数控车床［M］.北京:化学工业出版社，2003.