数控车圆弧螺纹的程序优化

(江苏省常州刘国钧高等职业技术学校，江苏 常州 213025)

在数控车螺纹编程加工中，圆弧牙型螺纹一直是加工难点，使用宏程序编程虽然可以进行加工，但缺点是编程人员要有较好的数学基础知识和逻辑思维，而且程序的可移植性差，换一个机床系统可能就要修改格式，这些问题使得编程效率大大降低。本文探讨如何使用mastercam软件进行编程生成通用加工程序。圆弧牙型螺纹如图1所示。

图1 圆弧牙型螺纹

1 螺纹的宏程序编制与分析

1.1 螺纹的宏程序编制原理

图1中圆弧半径为2 mm，可以用半径为 1 mm 的圆弧车刀进行仿形车削，由于牙型较深，首先要将螺纹牙型整体向外偏移4个距离，使用宏变量，改变起刀点的位置进行车削，所有起刀点的轨迹就是圆弧螺纹。圆弧牙型螺纹的加工原理如图2 所示。

图2 圆弧牙型螺纹加工原理

1.2 圆的方程式转换

编程前需要把圆弧的坐标参数方程转化成与数控车相同的坐标方程，根据图1，圆的参数方程转换成数控车的坐标方程为：

1.3 螺纹的宏程序编制

FANUC 数控车系统圆弧牙型螺纹的加工，主要利用螺纹加工指令G32并通过宏程序来改变。程序编制如下[1]：

T0505 //R1球刀，中心对刀

S300M3

G0X42Z15

#1=34 //将牙型偏移后的中心距为34

#10=3 //粗加工的角度递增值

WHILE[#1GE26]DO1 //牙型中心距不小于26时，执行程序，26为现在的中心距

#2=0 //凹圆弧的起始角度为0

WHILE[#2GE-180]DO2 //顺时针车半圆，所以为-180

#3=#1+2*SIN[#2]*1 //凹圆弧的X值，1=R2-刀具半径1

IF[#3GT34]GOTO1 //当这个#3大于这个32，跳过循环，判断有无空刀的作用

#4=15+COS[#2]*1 //凹圆弧的Z值

G0 X#3 Z#4 //定位

G32Z-50F8

G32X42

G0Z#4

N1 #2=#2-#10 //粗工的角度递增量为3

IF[#3EQ26]THEN#10=1 //当#3=26时，强制赋值#10=2，进行半精加工

END2

#2=0 //重新赋值，开始粗车凸圆弧

#10=3

WHILE[#2LE180]DO3

#5=#1+2*SIN[#2]*3 //凸圆弧的X值，3=R2+刀具半径1

IF[#5GT34]GOTO2 //判断是否有空刀

#6=15+3*COS[#2]-4 //这里要注意，因为是车凸圆弧，所以是要向负方向偏移4=1+3

G0X#5Z#6

G32Z-50F8

G32X42

G0Z#6

N2 #2=#2+#10

IF[#3EQ26]THEN#10=1

END3

#1=#1-0.2

END1

1.4 螺纹宏程序编制存在的问题

(1)圆弧的起刀点需要进行计算，其属于有规律曲线，如果是无规律的曲线更难；

(2)本文采用了仿形车削，空刀很多，程序在修改判断空刀的语句上面浪费了很多时间；

(3)程序的可移植性差，换个机床系统就要修改程序格式；

(4)宏程序难度高，学习周期长；

(5)编制过程繁琐，容易出错，编程效率低。

2 圆弧牙型螺纹的软件编制

2.1 mastercam的后处理修改

打开mastercam所在的文件位置，按顺序点击lathe-posts-MPLFAN.pst，用记事本打开，修改里面的代码，具体修改方法如下[2-3]：

(1)在第一行代码(mastercam自带)下方插入一个副程序。

[POST_VERSION] #DO NOT MOVE OR ALTER THIS LINE# V19.00 P4 E1 W19.00 T1447190147 M19.00 I0 O0

plw

“G32 Z-40.F8.”，e$

“X34.”，e$

“G0 Z18.”，e$

因为mastercam本身没有异形螺纹的车削功能，所以它生成的程序都是G0、G1的通用程序，需要插入G32代码。这个副程序并不是一成不变，需要根据不同的螺纹尺寸修改。最后一行，在之前的宏程序当中给的Z向定位点是15，在mastercam绘制的牙型和余弦曲线很相似，螺纹的牙顶宽为8，取一半为4，加上刀具半径1，所以这里取刀具在牙型的中间值18。plw相当于给这个副程序写了个标题，必须顶格写，而且必须是plw不能是其他的字母。下面三行代码开头必须要有空格。e$相当于C语言当中的换行符/n。

(2)在后处理代码中，查找字符‘plinout’，并且修改如下(为了方便说明将原处理也给出)：

plinout #Output to NC，linear movement - feed

pcan1，pbld，n$，psgplane，sgfeed，pexct，psgcode，psccomp，pwcs，pxout，

pyout，pzout，pcout，pfr，pscool，strcantext，e$

if rpd_typ$ = 7，ptool_insp #Tool inspection point

pcirout #Output to NC，circular interpolation

pcan1，pbld，n$，psgplane，sgfeed，pexct，psgcode，psccomp，pxout，

pyout，pzout，pcout，parc，pfr，pscool，strcantext，e$

Mastercam原处理

plinout #Output to NC，linear movement - feed

sg01 = sg00

sxg02 = sg00

sxg03 = sg00

pcanl，pbld，n$，psgplane，sgfeed，pexct，*sgcode，psccomp，pwcs，*pxout，

pyout，*pzout，pcout，pscool，strcantext，e$

plw

if rpd_typ$ = 7，ptool_insp #Tool inspection point

pcirout #Output to NC，circular interpolation

pcanl，pbld，n$，psgplane，sgfeed，pexct，psgcode，psccomp，pxout，

pyout，pzout，pcout，| pscool，strcantext，e$

Mastercam螺纹后处理

对比原处理和修改后的后处理可知：sg01、sxg02、sxg03为强制将G1/G2/G3变成G0；*sgcode为每一行坐标强制输出G0；*pxout为强制输出X；*pzout为强制输出Z；pfr为删除进给速度F；parc为删除半径R。此次修改只能用作生成螺纹程序，建议另存为。

2.2 圆弧牙型螺纹的软件编制

打开mastercam，绘制圆弧牙型螺纹，使用沟槽功能，生成刀路轨迹并输出程序。绘制牙型后，需要将其打断成若干段曲线以便进行精加工。螺纹牙型绘制如图3所示。

图3 螺纹牙型绘制

程序如下：

O0000

G0 T0505

G18

G97 S300 M03

G0 G54 X34.Z18.

G99 G0 X29.8

G32 Z-40.F8.

X34.

G0 Z18.

……

……

G0 X25.477 Z16.908

G32 Z-40.F8.

X34.

G0 Z18.

G0 X25.416 Z16.915

G32 Z-40.F8.

X34.

G0 Z18.

G0 X25.385 Z16.919

……

……

G32 Z-40.F8.

X34.

G0 Z18.

G0 X22.Z18.

G32 Z-40.F8.

X34.

G0 Z18.

G0 X30.

M05

T0500

M30

2.3 圆弧牙型螺纹的仿真

打开仿真软件vericut，设置R1球刀如图4所示，螺纹仿真如图5所示[4-5]。

图4 R1球刀

图5 螺纹仿真

3 结束语

阐述了圆弧螺纹的宏编制和软件编制，软件编制通过修改后处理生成程序，不仅可以车削圆弧螺纹，还可以车削其他任意牙型螺纹，解决了宏编制编程困难的问题，提高了编程效率，而且在mastercam中可以修改切削方向、重叠量等参数，这不仅能够提高刀具寿命，还可以改善螺纹表面质量，甚至可以进行精加工，这些都是宏编制难以做到的。