数控加工进程的研制与使用

　　对小螺距螺纹的切削主要利用数控机床自带的固定循环程序完成，其进刀方式有垂直进刀、侧向进刀、交替进刀三种。

　　垂直进刀侧向进刀交替进刀其缺陷在于：切削时刀片受力不均匀，容易振刀。随着背吃刀量的加大，切削面积逐渐增大，当刀尖接近螺纹大径尺寸时，刀具受到的抗力最大。此时如果刀具、工件和机床刚性不好时，很容易导致工件切削时产生共振，影响螺纹表面粗糙度。减小背吃刀量虽然可以缓解振动，但这样会影响生产效率。

　　高效加工远离端面的大螺距大尺寸内螺纹，必须同时满足刀具、工件和机床三者的刚性要求。各种螺纹的牙型互不相同，对应加工程序也不同，如采用一般方式编程，需要逐句编写，程序冗长，且通用性差，易出错。以下提供的大螺距螺纹的通用程序，利用数控系统的计算及循环功能，控制刀具分别在螺纹横向和径向上分多刀切削，极大地减小了切削抗力，可在不改变硬件刚性的情况下，通过切削方式的改变，完成各类不同型号螺纹的加工。

　　工艺路线以使用成形刀片，被加工材料为42CrMo，调质硬度HB230，数控车加工锯齿形螺纹为例。螺纹沿直径方向（即X轴）采用分层进刀，每层进刀深度0 9mm；沿长度方向（即Z轴）采用交替进刀，从牙底圆弧中心线向左、右两边偏移，用小段直线逼近，需计算每次切削时横向走刀的起始点位置、进刀次数。

　　其它类型的螺纹通常以牙宽的中点为中心线向左右两边偏移。

　　（1）横向（Z轴）走刀次数的确定横向走刀次数=横向进刀初始点以左的进刀次数+横向进刀初始点以右的进刀次数横向进刀初始点以左的进刀次数= < （牙型高度-精加工量） -径向进刀次数每次径向进刀量> TAN（左边角）/每次横向进刀值横向进刀初始点以右的进刀次数= <（牙型高度-精加工量） -径向进刀次数？每次径向进刀量> TAN（右边角）/每次横向进刀值（2）加工步骤Z轴定位到以牙底圆弧中心为界的横向进刀初始点，将X轴定位到第一层的进刀深度；进行螺距P的螺纹加工，完成后Z轴返回进刀初始点；X轴仍定位到当前层下的进刀深度，刀具沿Z轴向左偏移到下一螺纹加工起点，重复步骤、直到该径向值下螺纹中心线以左的牙型轮廓成形；径向坐标不变，刀具沿Z轴向右偏移一定距离，进行螺距P的螺纹加工，直到该径向值下螺纹中心线以右的轮廓成形；径向坐标变化， X轴定位到第二层的进刀深度；重复步骤、%、；如此循环，直到X轴坐标到达程序设定的螺纹粗加工轮廓线；（刀具定位到Z轴进刀初始点，以直扎的方式沿X轴进行螺纹的精加工，直到螺纹大径尺寸，则全部牙型轮廓当中的余量被切除。

　　螺纹加工程序结构框图。需要注意的是：在螺纹加工开始和结束时，由于机床Z向电机(电机系统的升级改造研究)需要加、减速，会出现一段不完整牙形，因此应设置足够的升速进刀段和降速退刀段，以消除伺服机构滞后造成的螺距误差。

　　加工程序以数控系统为例R10=螺距R11=螺纹起始点的X坐标（直径）R12=螺纹起始点的Z坐标R14=螺纹牙型高度（即总切削深度），数值有正负之分R15=精加工量（正值）R16=升速距离横向进刀起始点与螺纹起点之间的距离R17=减速距离横向进刀终点与螺纹终点之间的距离R18=每层径向进刀深度（正值）R21=螺纹终止点的X坐标（直径）R22=螺纹终止点的Z坐标R23=螺纹牙型的左边角R24=螺纹牙型的右边角R31=横向进刀初始值（正值）子程序：R19= ABS（（ R14- R15） / R18）R19= TRUNC（ R19+ 0. 7）R18=（ABS（ R14） - R15） / R19 R27= 1记录进刀顺序数的变量R36= R21+ 3 （ R21- R11） / ABS（ R21- R11）退刀时安全的刀具直径R41= R22+ R17 （ R22- R12） / ABS（ R22- R12）退刀时的Z坐标A：R26= R11+ （（R21- R11）/（R22- R12） R16+ R14/ ABS（ R14） R27 R18 2）进刀点的刀具直径G00 X= R26 Z= R12+ R16 R28= R26+ （ R11- R21） / （ R22 - R12）（R16+ R17+ ABS（ R22- R12））收刀点的刀具直径G33 X= R28 Z= R41 K= R10（螺纹加工）G00 X= R36 Z= R12+ R16 IF R27= = R19 GOTOFD（判断是否为精加工）R29= （ABS（ R14） - R15- R27 R18） TAN（ R23） / R31 R29= TRUNC（ R29+ 0. 5）（ Z轴进刀次数取整运算）R31= （ ABS（ R14） - R15- R27 R18） TAN（ R23）/ R29（螺纹中心线以左每次Z轴移动的距离）R30= 1（ Z轴进刀次数初始值）B：G00 X= R26 Z= R12+ R16- R30 R31 R28= R26+ （ R11- R21） / （ R22 - R12）（R16+ R17+ ABS（ R22- R12） - R30 R31）G33 X= R28 Z= R41 K= R10 G00 X= R36 Z= R12+ R16 R30= R30+ 1 Z轴进刀次数递增1次IF R30 < = R29 GOTOBB判断进刀次数是否够R31= 0. 8 Z轴进刀初始值（正值）R29= （（ ABS（ R14） - R15） - R27 R18） TAN（ R24） / R31 R29= TRUNC（ R29+ 0. 5）R31=（ABS（ R14） - R15- R27 R18） TAN（ R24） / R29（螺纹中心线以右每次Z轴移动的值）R40= 0 C：G00 X= R26 Z= R12+ R16+ R30 R31 R28= R26+ （ R11 - R21）/（R22- R12）（R16+ R17 + ABS（ R22- R12） + R30 R31）G33 X= R28 Z= R41 K= R10 G00 X= R36 Z= R12+ R16 R30= R30+ 1 Z轴进刀次数递增1次IF R30 < = R29 GOTOB C判断Z轴进刀次数是否够R27= R27+ 1 GOTOB A：D：精加工部分G00 X= R11+ R14 2+ R16 （ R21- R11） / （ R22- R12）Z= R12+ R16 G33 X= R21+ R14 2+ R17 （ R21- R11）/（R22- R12）Z= R41 K= R10 G00 X= R36 Z300 M30

　　结语

　　加工程序采用模块化设计，只要把几个简单的零件信息，如螺纹起、终点直径、牙型高度等，输入到相应位置即可完成全部编程工作。这就降低了对操作工技术水平的要求，提高加工效率。该程序不受螺纹型号限制，通用性好，在生产中的应用前景广泛。

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