宏程序在圆弧螺纹编程中的应用

摘要： 螺纹是零件轮廓中常见的结构之一，文章在这里以FANUC-Oi车床加工圆弧异形螺纹为研究对象，采用宏指令编程方法，提出利用数学函数公式，分析编程指令原理，从而避免复杂的编程工作，得到提高生产效率，降低错误率效果。

关键词：异形螺纹;圆弧;宏程序

一、异形螺纹的种类

与普通螺纹的区别，异形螺纹是指在圆柱面、圆锥面、圆弧面和在非圆曲面上生成的外轮廓（椭圆，抛物线，双曲线）、牙型（牙型有三角形，矩形，梯形，圆弧形）比较特殊的螺纹。一般可以把异形螺纹分为两类，一类是在圆柱面上生成的螺纹，它的牙顶牙底都是圆弧，而且是可以从任意起始角和终止角，一般要用二次曲线方程和宏程序结合计算编程，本文就是以这一类为例讲解编程实例。另一类是在圆弧面和非圆曲线面上的螺纹，这类要用曲线公式（如椭圆）和G32指令进行宏程序编制。不管哪种异形螺纹，都与数控宏程序编

写相关。异形螺纹无法用常见的专门指令编程，也难以通过CAD/CAM自动编程难以实现，很多编程操作者很是头疼，这里笔者就举例详细讲解编程和加工。

二、圆弧加工的原理与过程

本文介绍的是牙顶牙底都是圆弧的异形螺纹，所以首先理解在数控车床上圆弧加工的原理与过程。对于数控机床上圆弧一般通过若干段折线线段拟合而成，成品眼观是光滑的弧面，实际放大无数倍它是一些小线段，这些线段无限逼近圆弧，达到图纸和产品所要求的形状尺寸。纵所周知，数控编程中，圆弧编程指令直接通过G02/G03指令编写。而我们这里的螺纹圆弧面在圆柱面上要按一定螺距螺旋上升形成螺纹，又没有成型刀具切削的话，就不能像普通的圆弧直接G02/G03指令编写，而要用G32配合宏程序编制而成。

三、异形螺纹关键问题分析

1.刀具的选择

由于异形螺纹的牙型有三角形、矩形、梯形、圆弧形，所以它的刀具也不尽相同，要根据牙型形状具体选择，还要根据牙深来确定。我们遇到的异性螺纹用的刀具有三角螺纹刀、切槽刀、球刀等。本文这里的圆弧螺纹，应该用球刀车削，而且根据图示牙顶是R1.0，牙底是R2.5，切削中要注意切到螺纹底部时刀具不干涉，不影响螺纹形状，所以根据牙底尺寸，这里确定用R2的标准球刀。

2.刀轨轨迹分析

举例分析异形螺纹的加工轨迹。在圆柱面上车深3.5 mm深的圆弧螺纹，刀具的运动既要按R1的小圆弧运动，又要按R2.5的小圆弧运动走螺纹变化规律车削。

编程前首先要找出R1圆弧圆心与圆柱面外圆的关系，然后再分析R2.5圆弧上起点与R1圆弧的关系。通过这种关系分析，得出刀具运动的空间起始点，即起始角，实例中定在90度或0都都能，再通过这些点的分析起定位始点，得出三角函数变量关系式见式1、式2和式3、式4如下。然后借助宏程序和G32螺纹车削指令的结合编写加工程序。X=3×SIN[#1]（1）;X=3×SIN[#1]（1）;Z=3×COS[#1]（2）;X′=2×3×SIN[#1]（3）;Z′=10- COS [#1]（4），式中（1）表示直径方向正弦函数关系，其中“3”是球刀R2和异性螺纹牙顶R1的和产生。式（2）表示长度余弦函数关系图4所示，式（3）是定位直径在程序中根据图形相加起点直径，式（4）是Z定位点，其中“10”是长度偏移一个安全距离。

通过上述分析可以看出，圆柱面上的异形牙形螺纹加工时，刀具的移动轨迹既要按牙形曲线运动，又要按螺纹附着表面螺纹变化规律运动车削螺纹，纵向螺纹轨迹仍然按螺纹指令加工产生。

四、宏程序在圆弧螺纹中的应用举例

编制材料为硬铝LV12，φ68的圆柱面上用R2的机夹标准球刀车削圆弧异形螺纹的数控车削程序，笔者这里以FANUC-Oi系统为例编

写。工件毛坯为φ80×55mm，坐标系原点按正常设在工件旋转中心与右端面交点上，整个加工程序如下图1所示。该零件程序是对称均匀圆弧，采用宏程序分层加工。

五、圆弧螺纹注意事项

1、本文讲解的是圆柱面车削圆弧螺纹，用的是球形刀具，所以在使用刀具上注意对刀到位点位置数值，本文举例是R2球刀，在编程加工中不考虑使用刀具补偿，为了保证起点定位点和终点正确，保证螺纹上的凹凸弧正确，对刀Z值应该是刀具半径值输入，也是避免发生过切或撞刀现象。

2、异形螺纹螺距正常都较大，这里的是F7，所以刀具要对准旋转中心，注意磨出螺旋升角，防止刀后角发生干涉。

六、总结

实际情况的学习生产中，异形螺纹遇到较少，所以编程也不是很熟悉，经常出现报警的程序，束手无策。该文章的程序不仅适用于FANUC系统，编程方法还能用于其它有可变量赋值的数控系统。关键要掌握异形螺纹的原理，得出函數数学关系。本文由于采用宏程序编程，今后在各种异形面上（圆弧面、椭圆面等）加工异形牙形螺纹提供了参考，有效地缩短编程加工时间，提高加工效率，起到事半功倍的效果。

参考文献：

[1] 杨琳 数控车床加工工艺与编程[M].北京：劳动社会保障出版社 2005 ，87-88

[2] 徐国权 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

作者简介：

纪传军（1982-），男，江苏盐城人，本科，一级实习指导教师，在盐城技师学院主要从事数控加工专业一体化教学。