基于宏指令进行圆弧螺纹的数控车削加工

宾立 罗洲

摘 要：圆弧螺纹在普通车床上加工劳动强度大，加工效率低且不易控制尺寸精度，且经常出现废品。如何高效的用手工编程加工出精密的圆弧螺杆，该问题一直没有完美地解决。用数车的方法加工圓弧螺杆，提高了效率和加工质量，自然也增加效益，本文着重介绍圆弧螺杆的数控车削方法。

关键词：圆弧螺杆;数控车削;加工效益

随着机械行业的发展，对产品功能要求的不断提高，对一些零件的机械结构也提出了更高的要求，其中具有代表性的就是圆弧螺纹。圆弧螺杆主要应用于航空传输机械、塑料挤压机械、罐装饮料和工程机械等方面都有体现。本文以下图（图1）为例，对该螺纹的数控车削工艺、参数及编程进行分析。

一、螺杆结构

数控车床主要加工轴类零件，主要涉及内/外圆表面、圆弧、锥度、螺纹、断面槽等。圆弧螺杆对编程的要求高，需要批量加工时必须要用参数化编程才能保证效率和质量。

（一）结构特点（如图2所示）

由图可知该零件上的圆弧螺纹螺距为6，圆弧半径为R1.5，牙高为1.5，通过分析需要用强力切槽刀进行车削加工。

（二）螺杆的成型

加工圆弧螺杆，需要计算主轴每分钟转速，刀具的Z向定位点一致，利用机夹式数控切刀对螺旋线进行开粗，然后根据图纸精度要求选择合适的精车刀具。加工圆弧螺杆前，要做好充分准备，包括程序校验、机床仿真、刀具装夹等，做到方方面面考虑周全，才能加工出漂亮的圆弧螺杆。

二、工艺分析

在此，仅分析零件中圆弧螺纹部分的车削工艺、装夹与编制程序。

（一）零件的装夹

为了达到加工要求，防止工件振动影响加工质量，所以事先准备一根螺纹心轴，与图纸中M27X1.5的内螺纹配合，注意螺纹一定要旋合到位。三爪自定心卡盘夹装定位，具体装夹如图3所示。

（二）加工方法

在车削的实际过程中，由于加工深度不断变化，切刀的两个刃与圆弧螺纹两侧的接触面会逐渐增大，加工越困难，轻则会产生振刀，增加切刀的磨损，重则出现崩刃、扎刀、断刀的危险，导致零件报废。为了解决以上问题，在车削的时候采取分层左右借刀的车削方法（每层切深为0.2mm，精加工余量为0.1mm），其中绿色刀路为精加工路线，蓝色刀路为粗加工路线（如图4所示）。

所谓分层车削，就是将圆弧螺纹的牙槽按一定的深度分成若干层，并且左右借刀进行加工，确保每次走刀的吃刀量基本一致。另一方面要考虑每一刀下去的切削力基本相同，才能降低切削的难度，并顺利地完成螺杆车削。对丝杆进行粗车的时候分成7-8层，进行精车时按轮廓轨迹车削即可。

（三）刀具的选用

该零件选用高强度的切槽刀具进行加工。粗加工时选用R0.4的刀尖角的切槽刀片，精加工时选用R0.2的刀尖角切槽刀片，均采用数控硬质合金图存刀具，粗加工时充分浇注冷却液保护刀具寿命，加工刀具。

三、程序编制

O0001;（粗车程序）

M03 S300 T0101; （主轴正转、换刀）

G00 X45 Z-15; （刀具定位）

#1=1.5; （牙高为1.5mm，分层进行加工）

WHILE #1 GT 0.1;（牙高大于0.1时分层）

#1=#1-0.2; （每层加工0.2mm）

#2=SQRT（1.5*1.5-#1*#1） （右边圆弧Z轴变量）

#3=6-3-2*#2 （左边圆弧Z轴变量）

#4=40.6+2*#1 （X轴坐标变量）

G00 W-#2 （右边圆弧定位）

G92 X#4 Z-40 F6 （圆弧螺纹加工）

G00 W-#3 （左边圆弧定位）

G92 X#4 Z-40 F6 （圆弧螺纹加工）

G00 Z-15 （返回定位点）

ENDW （宏程序结束）

M30; （程序结束）

O0002; （精车程序）

M03 S350 T0202; （换精车刀）

G00 X45 Z-15; （刀具定位）

G92 X43.6 Z-40 F6 （右边圆弧顶螺纹）

G00 W-7 （右边圆弧顶定位）

G92 X43.6 Z-40 F6 （右边圆弧顶螺纹）

G00 Z-15 （返回定位点）

#1=1.5; （牙高为1.5mm，分15层进行加工）

WHILE #1 GT 0; （当牙高大于0时继续分层）

#1=#1-0.1; （每层加工0.1mm）

#2=SQRT（1.5*1.5-#1*#1） （圆弧Z轴变量）

#3=6-3-2*#2 （圆弧Z轴变量）

#4=40.6+2*#1 （X轴坐标变量）

G00 W-#2 （右边圆弧定位）

G92 X#4 Z-40 F6 （右边圆弧螺纹加工）

G00 W-#3 （左边圆弧定位）

G92 X#4 Z-40 F6 （左边圆弧螺纹加工）

G00 Z-15 （返回定位点）

ENDW （宏程序结束）

M30; （程序结束）

四、结束语

在数控车上采用宏指令进行参数化编程，达到分层车削加工圆弧螺纹的效果。根据牙深，设计若干分层，使每刀车削的深度与切削受力基本一致，使切削难度降低，并顺利地完成螺杆车削，提高了生产效率与加工稳定性。

参考文献

[1] 宾立.矩形螺纹的数控加工方法研究[J].职业教育，2017（1）：113-114.

[2] 丁峰.数控车削梯形螺纹方法探讨[J].精密制造与自动化，2009（2）：61-62.

[3] 沈春根.数控车宏程序编程实例精讲[M].机械工业出版社，2014.