曲面异形螺纹加工实例详解

孙元平

(江苏省兴化中等专业学校，江苏 泰州 225700)

曲面异形螺纹加工实例详解

孙元平

(江苏省兴化中等专业学校，江苏 泰州 225700)

异形螺纹加工是数控车技能大赛中的难点，现针对一则典型的含异形螺纹结构的工件作出分析，详细地论证了在曲面上加工异形螺纹的方法。

异形螺纹；加工；圆弧；插补拟合点

0 引言

近年来，数控车削技能大赛中，经常出现异形螺纹加工的题型，而这类结构加工编程时既不能直接使用螺纹循环指令，也不方便使用CAM软件自动生成G代码，下面就一种圆弧轮廓上加工圆弧螺纹的异形螺纹实例进行编程加工分析。

如图1所示，异形螺纹分布在半径43.5 mm的凹圆弧轮廓面上，并且螺纹牙型形状是直径4.5 mm的凹圆弧，导程为5 mm，单线螺纹，牙型深度为1 mm，螺纹长度为30 mm。对于这种螺纹的加工方法，笔者试做如下探讨。

图1 零件图

1 编程思路

大圆弧面上的小圆弧螺纹，刀具既要按R43.5 mm大圆弧的轨迹车螺纹，又要在大圆弧面上按φ4.5 mm的小圆弧运动。由于数控加工中所有曲线轨迹都是由直线拟合而成，所以我们要找出每个点的变化规律，也就是既要找出φ4.5 mm小圆弧圆心与R43.5 mm大圆弧的位置关系，又要找出φ4.5 mm小圆弧上某点与大圆弧的关系，并列出关系式，这里可以利用WHILE循环嵌套的方法解决问题，第一层运算出刀具按小圆弧运动时的位置变化量，第二层计算出刀具按大圆弧运动时的坐标位置，再对第一层的位置变化量进行叠加，就得出各拟合点的坐标，然后在该层中代入螺纹插补指令即可。

2 φ4.5 mm小圆弧上插补拟合点相对R42.25 mm圆弧位置关系

把小圆想象为一把成型刀，小圆成型刀“加工”螺纹槽时，其圆心的路径是一个比大圆弧略小的大圆弧。根据小圆弧直径φ=4.5 mm(半径2.25 mm)，槽深1 mm可得，小圆的圆心比大圆弧“近”1.25 mm，即小圆圆心在半径42.25 mm的圆弧上，如图2所示。

图2 R43.5 mm圆弧放大图

由此，根据圆的参数方程X=2rsinθ，Z=rcosθ可知，小圆弧上插补拟合点相对于R42.25 mm(注意：编程时就以R42.25 mm大圆弧编程，原来的R43.5 mm大圆弧不再使用)大圆弧的位置增量为ΔX=4.5sinθ，ΔZ=2.25cosθ。如图2所示，设起刀点处φ4.5 mm小圆圆心向右端面偏移3 mm，则小圆圆心在大圆弧坐标系中Z=18 mm，画Z=18 mm的垂线与大圆弧相交，交点即为起刀点小圆圆心，软件查询可求行此圆圆心标坐为(43.552，-30)。

3 φ4.5 mm小圆弧起始角与终止角的确定

当小圆弧圆心按大楕圆轨迹运动时，小圆与原大圆弧相交，如图2所示，将交点与其圆心相连，该连线与水平线(Z轴)的夹角即为起始角θ1和终止角θ2，因为分别在第4象限和第3象限，所以均为负值或取正值大于180°。根据图2，小圆在X轴左、右两边时，起始角与终止角的大小是不同的。分析可知，起始角应以图2右侧小圆为准，终止角应以图2左侧小圆为准，这样才能在加工时覆盖所有的起始与终止段。绘图，用软件测量并取整后角度范围是：-7°～-173°(或者353°～187°)。

4 参考程序(用35°外圆尖刀，磨耗补偿法切出牙深)

%1

M3S600T0101G95

G64G0X45Z-28

#1=-7 小圆弧圆心起始角

WHILE #1GE[-173]

#2=2.25*SIN[#1*PI/180] 插补拟合点相对R42.25 mm圆弧X向增量值

#3=2.25*COS[#1*PI/180] 插补拟合点相对R42.25 mm圆弧增量值

G0X[43.552+2*#2]Z[-30+#3] 螺纹插补起刀点

#4=18WHILE#4GE[-18]

#5=-SQRT[42.25*42.25-#4*#4]

#6=2*[#5+60+#2]

G32X[#6]Z[#4+#3-48]F6 螺纹插补拟合

#4=#4-6

ENDW

G0X45

Z-28

#1=#1-3

ENDW

G0X100

Z100

M30

异型螺纹的种类还有很多，加工方法亦有很多，比如该题选用成型刀加工，则可大大降低编程的难度，但不具备通用性，如果选用半径小于2.25 mm圆弧刀加工，则编程时又要重新考虑加工的刀具轨迹，但螺纹加工面的表面质量将大幅提高，大家可以根据实际情况选择相应的方法。

5 结语

综上所述，曲面上异形螺纹加工的编程有一定难度，产品本身没有什么实际应用价值，但对学生宏程序的编写有着很好的锻炼价值，大多数学生不具备理解接受的能力，在实训教学中，教师应根据学生的学习能力分层教学。

[1]朱建中.应用宏程序加工异形螺纹[J].广西轻工业，2011(1)

[2]蒋子健.异形螺纹的加工方法[J].装备制造技术，2011(2)

[3]徐冰川.浅谈异形螺纹的编程与加工[J].科技信息，2012(24)

2014-11-03

孙元平(1978—)，男，江苏兴化人，中学一级，长期从事数控实践性教学研究工作。