谈数控车削圆弧螺纹的加工方法

作者：梁金土 邓旭桥

来源：《广东教育·职教版》2016年第01期

        摘要：随着数控技术的不断发展，近年来数控技能竞赛中出现了非标准螺纹的加工，传统的加工方法已经无法顺利完成非标准螺纹的加工。本文主要探讨圆弧牙底异形螺纹的加工方法。

        关键词：数控车;异形螺纹;宏程序;加工方法

        中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：1005-1422（2016）01-0104-02

        异形螺纹的螺距较大，加工较为复杂，对操作者的操作技能要求较高，特别是对于牙底是圆弧的异形梯牙螺纹，切削量大，易发生扎刀和崩刀的现象。如果我们能够选择适当的刀具和合理的加工方法，问题自然就会迎刃而解。图1

         一、加工准备

         1.材料准备

         加工图1所示的螺纹，单头圆弧牙底异形螺纹，材料为铝，毛坯为φ50。

         2.刀具的选择

         对于图1中圆弧牙底异形螺纹螺纹沟槽为半圆形，半径为4mm，半径值较大，选用直径为3mm的圆弧形车刀图2进行加工。圆弧形车刀是材料为金属陶瓷的机夹刀，如图2所示。

         二、加工螺纹图3

         1.找准刀具定位点

         加工前要进行对刀，先对Z轴，圆弧形车刀轻碰工件右端面，如图3所示，在对应刀补号输入Z1.5;然后对X轴，圆弧形车刀轻碰工件外圆，如图4所示，在对应刀补号输入X51，对刀完毕。图4

         2.加工步骤

         加工螺纹时，应选择低转速，因为圆弧形异形螺纹的螺距较大，加工余量多，车削时车刀刀刃与工件接触范围大，切削力过大，易出现停床或扎刀的现象，所以应选择主轴转速为S150。图5

         （1）先用直进法进行加工

         第一步：如图5所示，车刀定位在G00 X60 Z20，车刀从A点车削至B点。编程为：

         G00 X60 Z20;图6

         G82 X51 Z-32 F12;

         G82 X50.5 Z-32 F12;

         ……

         G82 X43 Z-32 F12;

         第二步：第一刀加工完毕后，剩余的切削余量如图5所示。接下来先加工左边的切削余量，刀具向左偏移。这时就会产生了一个问题，向左偏移多少？下面我们采用两组偏移量来进行对比：

         ①向左偏移2mm

         刀具从C点车削至D点，如图6所示，车削到D点后，剩余的切削余量较大。在最后精车时，会因为加工余量大，刀具承受的切削力过大，容易造成崩刀和停床。 图7

         ②向左偏移1.5mm

         刀具从E点车削至F点，如图7所示，剩余的切削余量在合理的范围内。如果刀具向左偏移量过小，就会影响加工效率。所以第一步加工完毕后，刀具向左偏移Z-1.5，图8从E点车削至F点。编程为：

         G00 X60 Z18.5;

         G82 X51 Z-32 F12;

         G82 X50.5 Z-32 F12;

         ……

         G82 X41 Z-32 F12;

         第三步：刀具向再左偏移1mm，从G点车削至H点，如图8所示。左边螺纹沟槽加工完毕。编程为：

         G00 X60 17.5;

         G82 X51 Z-32 F12;

         G82 X50.5 Z-32 F12;

         ……

         G82 X43.06 Z-32 F12;图9

         第四步：刀具向右偏移Z1.5mm，从I点车削至J点，如图9所示。

         编程为：

         G00 X59 Z21.5 ;

         G82 X51 Z-32 F12;

         G82 X50.5 Z-32 F12;

         ……

         G82 X41 Z-23 F12;

        图10

         第五步：刀具再向右偏移1mm，从M点车削至N点，如图10所示。圆弧螺纹的加第一次工完毕。编程为：

         G00 X60 Z22.5 ;

         G82 X51 Z-32 F12;

         G82 X50.2 Z-32 F12;

         ……

         G82 X43.06 Z-23 F12;

         （2）用对称切削法修整圆弧螺纹

         使用宏程序编程加工螺纹时，为了使刀具能够沿着圆弧形状走一刀，所以我们必须找到刀具走刀的轨迹圆，根据刀具的圆弧半径为1.5，当刀刃与圆弧重合时，刀心走的轨迹是R2.5的圆弧刀具，如图11所示。具体的走刀轨迹是对称切削法：第一刀从半圆弧轨迹的右边开始加工，第一刀后，刀具来到圆弧形轨迹对称的左边进行加工，如图12所示，如此循环交替，直至螺纹加工完毕。

         这时我们就会想到，刀具沿半径为2.5的半圆弧轨迹走刀时，如何求出刀具具体的定位点？如在图13中，刀具从1点走到2点，求出刀具在2点的位置。

        谈数控车削圆弧螺纹的加工方法

        刀具在2点的位置，可利用勾股定理求出。如图14所示

        X2+Z2=2.52可求得 ; X= SQRT[2.52-Z2]

        设定：#1=Z，#2=X;编程如下：

         %1

         G00 X100 Z100 T0101;

         M03 S150; ; ;（主轴正转，转速150，调用圆弧形车刀）

         #1=2.5; ; ; ; ; ; ; （#1为Z值，起点为O点，Z=2.5）

         WHILE #1LE0; ; ; ; ; （判断Z值是否小于或等于0）

         #2=SQRT[2.5*2.5-#1*#1];（X值）

         G00 X59 Z[12+#1]; ; ; （定位点要考虑刀具半径，刀具从半R2.5的半圆弧右边进刀）

         G82 X[51-2*#2] Z-32 F12;（从O点处车螺纹至Z-32，螺距为12）

         G00 X59 Z[12-#1] ;（刀具从半R2.5的半圆弧左边进刀）

         G82 X[51-2*#2] Z-32 F12;（从P点处车螺纹至Z-32，螺距为12）

         #1=#1-0.02;（螺纹起点Z值递减）

         ENDW; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;（循环结束）

         G00 X100; ; ; ; ; ; ; ; （退刀）

         Z100;

         M05;

         M30; ; ; ; ; ; ; ; ; ;（程序结束）

         注：在编程定位时，要考虑圆弧形车刀的半径补偿，在进退刀时必须考虑刀尖圆弧半径，否则会发生过切或撞刀等现象。螺纹的精度主要取决于变量赋值精度，赋值精度越高，加工的螺纹精度越好，但耗时越长。

         三、结束语

         加工大螺距圆弧牙底异形螺纹，采用本文介绍的加工方法，可以方便、快捷地完成圆弧螺纹的加工。宏程序简单、明了，让人容易理解和接受。

         参考文献：

         [1]沈建锋.数控车床编程与操作实训[M].北京：国防工业出版社，2005.

         [2]周黎明.数控车床上异型梯形螺纹的加工技巧[J].装备制造技术，2010（6）.

         [3]蒋子健.异形螺纹的加工方法[J].装备制造技术，2011（2）.

         [4]刘俊辉.宏程序在大导程异形螺纹加工中的应用[J].职业，2010（21）.

         责任编辑：何丽华