水系统45°锯齿形螺纹数控车削加工与编程的应用研究

（天津中德职业技术学院，天津 300350）

水系统45°锯齿形螺纹主要实现压力机构的传动与定位[1]，精度要求较高，两侧牙形角为0°和45°，牙形比较特殊，并且螺距较大，在数控车削加工过程中工艺相对复杂，加工难度较大，传统的螺纹加工方法及数控编程手段，往往不能很好地完成其数控车削加工。

1 常规加工方法与编程手段的不适应性

1.1 加工方法的不适应

由于传统的直进法和斜进法螺纹加工，属于多刀面吃刀加工，随着加工深度的增加，切削力逐渐增大，小螺距螺纹由于加工深度不是很深，刀具强度还可承受，但水系统锯齿形螺纹的螺距通常为6 mm以上，且齿形数据较大，加工深度较深，当加工至一定深度后，将产生很大的切削力，极易发生扎刀、断刀等现象[2]。

1.2 成型刀具的不适应

目前，大部分螺纹的加工均采用成型刀具完成，而成型刀具不仅强度较低，而且在使用过程中若出现局部磨损，将使刀具的加工角度发生改变，对水系统锯齿螺纹而言，容易影响水系统锯齿形螺纹实现传动与定位的0°/45°牙侧角精度；同时，成型刀具的通用性较差，不能很好地适应多种规格锯齿形螺纹的加工。

1.3 编程指令的不适应

G92、G76等常规的螺纹加工指令，可以说为3mm以下的小螺距螺纹加工提供了有效的加工方案和编程手段。但这些指令只能实现不适应于水系统锯齿形螺纹加工的直进法或斜进法加工，所以常规的编程手段不能很好的适用于锯齿形螺纹加工的程序编制。

2 水系统锯齿形螺纹的的分层移刀车削

分层移刀车削（如图1所示），主要通过合理地设置切削层深度和移刀步距，通过进刀深度与每刀加工循环起点的规律变化配合实现水系统锯齿形螺纹的分层车削。一层一层地螺纹加工过程，不仅降低并均衡了切削力，同时很大程度上保护了刀具，避免了扎刀、断刀等现象。

2.1 走刀路线设计

分层移刀车削加工前先设置合理的切削层深度ap和移刀步距lp，为了提高效率，在满足加工要求的前提下，可设置尽可能大层深和步距，一般锯齿形螺纹加工可设置ap=0.5~1mm，lp=0.4~0.8 mm；走刀路线按以下步骤设计：

（1）设置螺纹加工初始循环起点，刀具定位至该点；

（2）依据ap及45°牙形角度计算第一层的进刀深度位置，确定第一层的加工起点，刀具定位，进刀完成第一层第一刀切削，切削后刀具返回第一层第一刀循环起点；

（3）根据移刀步距lp刀具在第一层第一刀循环起点位置，轴向移动一个lp的距离，到达第一层第二刀的循环起点，进刀深度位置不变，完成第一层的第二刀切削，切削后刀具返回第一层第二刀循环起点；

（4）重复第三步至第一层加工结束，刀具返回第一层第n刀循环起点；

（5）依据ap及45°牙形角度在第一层起点位置的基础上计算第二层进刀深度位置，确定第二层的加工起点，刀具定位值第二层第一刀循环起点，进刀切削完成第二层的第一刀切削，切削后刀具返回第二层第一刀循环起点；

（6）重复第三步至第二层加工结束，刀具返回第二层第n刀循环起点；

（7）重复第五、第六步至第n层加工结束，刀具返回第n层第n刀循环起点。

分层车削结束后，采用起点轮廓移动车削的方法，通过刀具的进刀深度与加工循环起点的配合变化形成一个沿着螺纹牙形轮廓进行进给运动的过程，在去除分层粗加工牙形表面所形成阶梯残料的同时，完成锯齿形螺纹的连续牙形轮廓精加工。

2.2 刀具选择

分层移刀车削选择主偏角为95°，刀尖角为35°，刀尖圆弧为0.2 mm的外圆仿形车削刀具进行螺纹的分层粗、精加工。由于刀具角度小于锯齿形螺纹的牙形角，所以加工时可避免加工干涉的情况出现；并且，该类刀具为通用刀具，较为常用，耐用度也相对成型刀具有很大的提高，不仅便于选择，同时降低了螺纹的加工难度和加工成本。

3 水系统锯齿形螺纹数控车削参数化宏程序的编制

使用宏程序功能指令采用变量设定、循环嵌套等功能可方便实现锯齿形螺纹分层车削程序的编制。同时，变量的参数设置还可实现程序的通用性，即当锯齿形螺纹的螺距及相应规格尺寸发生改变时，只要输入新的参数变量值即可，提高了加工程序以及加工方法的通用性与继承性。

本文根据JB/T 2001.73－1999标准中规定的水系统锯齿形螺纹的形状、尺寸参数以及分层移刀车削循环的需要，利用FANUC Oi系统的B类宏程序功能指令，采用嵌套循环的方式完成水系统锯齿形螺纹数控车削宏程序编制。如下表1所示：

表1水系统45°锯齿形螺纹通用参数化宏程序

螺纹齿形的精加工宏指令编程比较容易实现，本文在此就不再赘述。

4 结束语

通过实际的加工验证，本文所研究的锯齿形螺纹加工方法及开发的参数化宏程序能满足水系统45°锯齿形螺纹的加工需要。同时在此基础上，还可方便实现 0°/30°、7°/45°等其它规格锯齿形螺纹与特殊牙形螺纹的编程与加工，尤其是在大螺距螺纹的加工上，优势更加明显。

[1]水系统 45°锯齿形螺纹牙型与基本尺寸.JB/T 2001.73－1999[S].

[2]马晓明，姚振强.锯齿形螺纹的通用宏程序设计及加工精度分析.[J].机械设计与研究，2008，24（3)：72-75.

[3]邓子林，黄竞业.基于宏程序的数控车梯形螺纹参数化加工应用研究.[J].机床与液压.2011，39（24）：43-45.

[4]吴青松，吴在丞.宏程序在数控车削中的应用分析.[J].制造业自动化.2010，32（11）：165-168.

[5]北京发那科机电有限公司.FANUCSeries OiMate-Td编程与操作说明书.[Z].2010.