宏程序加工变螺距螺纹

PAGE42-宏程序加工变螺距螺纹摘要：公司某配件需要加工变螺距螺纹。变螺距螺纹一般用G34指令加工。本文通过分析变距螺杆的形成原理，编写了变螺距螺杆的专门数控加工程序，经过多次试验、改进，应用编写宏程序变量来解决变螺距的问题，从而加工出等牙宽的变螺距螺杆。同时对加工中出现的难点进行了一一概述。关键词：等牙宽变螺距螺杆编制宏程序数控车削1.引言变螺距螺纹是指螺纹螺距值不是固定的，而是沿着螺旋线方向逐渐的变大或减小。其中变螺距螺杆因螺距变化均匀，使丝杠螺旋槽的空腔也随之发生均匀变化，被挤压材料随螺旋槽容腔的减少而逐渐被挤紧，挤压力增大，被挤压材料自动、均匀的挤入到模具型腔中，因此具有压缩比大，压缩均匀、吃料情况好、出料口物料连续性好、送料均匀等诸多优点，挤出性能最佳。变螺距螺杆是相邻螺距不等的螺杆。常用的变距螺杆螺距变化规律如图1所示。

图1变螺距螺杆螺距变化简图从图中看出，变螺距螺杆的螺距是按等差级数规律渐变排列的。式中：P为基本螺距；ΔP为螺距变化量。2.变螺距螺纹的工艺分析及安排如图二、图三所示为两种结构形式不同的变螺距螺杆。图2等槽宽变螺距螺纹图二为一种齿顶渐变的等槽宽变螺距螺杆，其特点是螺纹牙槽在螺杆全长中宽度相同，而牙宽随着螺距的变化而按规律逐渐的变化。图3等牙宽变螺距螺纹图三为一种齿槽渐变的等牙宽变螺距螺杆，其特点是螺纹牙宽在螺杆全长中宽度相同，而牙槽宽随着螺距的变化而按规律逐渐的变化。在数控车床上加工等螺距螺杆，只须主轴带动工件匀速转动，刀具作轴向匀速移动，即可形成等距螺旋线，可直接通过数控系统提供的螺纹G32、G76、G92指令，选择刀宽小于或等于槽宽的刀具即可进行加工。随着数控系统功能的提升，在数控机床加工出槽等宽的变螺距螺纹也变得非常容易，如 FANUC0i系统里有G34指令就能加工出来。但是，在实际生产中加工变螺距螺纹，存在较大的技术难度，传统加工方法通常有两类：一是在铣床上采用手工加工的方法完成劳动强度大、精度低、效率低，且经常出现废品;二是在卧式车床进给系统中增设一套凸轮变速机构辅助装置实现变速加工，虽然能保证精度但所需技术难度较大，设计成本高，变螺距增量调整麻烦，不利于推广应用，导致其应用受到一定限制。本文主要应用现代数控系统具强大的宏程序功能，通过变量程序运算，提高数控机床的加工能力、加工效率、加工质量，经过多次的实践探索，总结了等牙宽变螺距螺纹加工的编程方法，解决了变距螺纹的一些技术难点。如图6所示的螺纹零件，其材料为45#钢，选择φ25×150mm的圆钢。装夹毛坯留出130mm的余量，先加工出直径φ23的外圆，用切槽刀切出螺纹退刀槽，然后用G34指令分层加工出槽等宽的变螺距螺纹，再用第二个宏程序分层修整牙侧切削出等牙宽的变螺距螺纹。3.刀具的选择车螺纹时，因受螺旋线的影响，车刀两侧后角的数值不同。三角形螺纹的螺纹升角一般较小，车刀两侧后角受其影响不大。在车削梯形螺纹、矩形螺纹、蜗杆等大导程螺纹时，由于其螺纹升角ψ较大，其影响则不可忽略。图4梯形螺纹车刀两侧后角这次加工选用的刀具：刀尖角85°外圆车刀，3mm宽切槽刀和刃磨的30°螺纹车刀。其中特别要注意的是刃磨的螺纹车刀的后角。由于变螺距螺纹是特殊的螺纹，如果是增螺距的螺纹，螺旋升角也是随着螺纹部分长度的逐渐增加而加大，所以选择的刀具左侧后角一定要与所加工的螺纹部分长度的最后一个螺距的螺旋升角不发生冲突，而刀具右侧后角满足第一个螺距的螺旋升角。根据工件基本螺距4mm,螺距增量0.2mm计算：实验工件螺纹最小螺距的螺纹升角Tgψ=L/(π*d2)Tgψ=4/（3.14*21）=0.061查函数表得ψ=3.471°实验工件螺纹长度最后一个螺距的螺旋升角。工件螺纹部分长度为100mm，这段螺纹的基础螺距为4mm，螺距增量为0.2mm，求得最后一个螺距为7.4mm，故其螺旋升角为：Tgψ=L/(π*d2)Tgψ=7.4/（3.14*21）=0.112查函数表得ψ=5.74°因此，在刃磨螺纹车刀时，按上述公式，其与走刀方向同侧的后角时应为（3°~5°）＋6.403°=9.403°～11.403°，这里取值为10°左右。而在刃磨与背离走刀方向一侧后角应取值为这段螺纹最小的螺纹升角，为（3°~5°）－3.417°=-0.417°～-1.529°，这里为了增加刀刃的锋利程度取了比计算值更小一些的0°。4.变螺距螺纹参考程序现以配备FANUC0iTC系统的数控车床为例介绍车削变螺距螺纹。槽等宽变距螺纹加工。加工等槽宽变距螺纹，可直接通过数控系统提供的变距螺纹指令，选择刀宽小于或等于槽宽的刀具进行加工。其指令格式：G34IP-F-K；IP：终点；F：长轴方向在起点的螺距；K：主轴每转螺距的增量和减量；图5等槽宽变螺距螺杆以下是在FANUC0i数控车床上对等槽宽变距螺旋槽分层加工的部分参考加工程序：O0001；…….…….T1111;G00X30.0Z5.O;M08;#1=23.0;螺杆螺纹外径φ42mmN1G00X#1Z5.0;车螺纹定位点G34Z-105.0F4.0K0.2;变螺距螺纹指令，基础螺距4mm，增量螺距0.3mmG00X30.0;G00Z5.0;#1=#1－0.01;自螺杆螺纹外径处向牙深减少0.01mmIF[#1GE19]GOTO1；G00X100.0;G00Z200.0;M09;M05;M30;5.加工中要注意的问题在编写加工变螺距螺纹程序中应注意以下几点：（1）根据不同的加工要求合理选择刀具宽度。（2）根据不同的情况正确设定螺纹进刀点位置和第一个基础螺距的关系。（3）因k的增加或减小使螺距超过允许值或者螺距出现负值时，系统将产生报警。（4）变距螺杆最大处螺距与机床主轴转速的匹配。虽然利用变距螺纹指令加工变距螺纹较容易，可是在加工如图六所示的等牙宽变螺距螺杆时，变距螺纹指令就不能满足要求了。6.改进后的变螺距螺纹程序图六等牙宽变螺距螺杆6.1修整牙侧通过分析图二、图五的等槽宽变距螺纹可以看出，在使用变距螺纹指令加工出变距螺杆后，只要通过车去两牙侧逐渐增大的厚度，即可加工出如图三、图六形状的等牙宽变螺距螺杆。但是用什么方法去除两侧余量使之变成等牙宽呢？去除指令中的K值显然不行，让K值逐渐变小的方法也不行，最后通过实验，用螺距F来控制余量的方法可行，既车出槽等宽牙型后，用变量的方法使F值向一侧修整K值的一半，再用变量的方法使F值向另一侧修整K值的一半的方法。就可以加工出变螺距螺纹。图6所示，在粗加工出等槽宽的变螺距螺杆后，通过变距螺纹指令配合编制宏程序精修其齿两侧，各侧面车去0.1mm，使其牙宽达到相同等宽的目的。以下是在FANUC0iTC系统的数控车床上的等牙宽变螺距螺纹的部分参考加工程序：O0002;精修变螺距螺纹齿两侧程序………………M03S150;T1111;M08;G00X30.0Z5.;#3=0;GO0X21.0;N1G34Z-105.0F[4＋#3]K0.2;休整螺纹左边牙侧G00X30.0;G00Z5.0;G00X19.0;#3=#3+0.01;选择变量值的大小要注意考虑螺纹长度的影响IF[#3LE0.1]GOTO1；#3=0;N2G34Z-105.0F[4－#3]K0.2;G00X30.0;G00Z5.0;G00X19.0;#3=#3＋0.01;IF[#3LE0.1]GOTO2；G00X100.0;G00Z200.0;M09;M05;M30;6.2修整牙侧的注意事项在编写加工变螺距螺纹休整程序时，要注意编写普通变距螺纹应注意的问题外，还应注意的是，在休整牙侧时的变量值的选择，例如上述程序中选择#3=#3＋0.01看似变化量不大，但是在加工中会随着螺纹长度不断增加而逐渐增加，出现切削力逐渐增大的现象，所以在编程中，要充分考虑变量值在车削长度较长的螺杆时的变化量。在普通数控机床上加工等牙宽变螺距螺纹，比等槽宽变螺距螺纹复杂，由于变距螺纹指令G34和等距螺纹G32一样是单一螺纹指令，只能加工一步，不能加工出本文章要求的变螺距螺纹,理论上分析，在加工螺纹的过程中，如果能使刀具宽度均匀变大（或变小），即可符合要求，但实际生产中刀具宽度是固定不变的，因此不能通过变螺距螺纹指令完成，必须通过改变螺距k值来加工，经多次循环反复，逐渐完成等牙变距螺纹车削。在实际加工过程中，由于深度不断加大，刀具与螺纹两侧面接触面积却来越大，加工越来越困难难，轻则会产生震动，增加刀具磨损，重则出现扎刀、崩刀、断刀，损坏加工工件。因此在变螺距螺纹加工时，一般可采取分层进行加工，使每次切削用量基本一样，切削力基本相同，从而量低价加工难度，保证顺利完成螺纹车削。在机床、刀具或工件刚性不足时，还可以通过编写左右分层加工的程序来解决。图七加工出的等牙宽变螺距螺纹7.结束通过对变螺距螺纹的分析应用中，本人在数控车床用宏程序加工出等牙宽的变螺距螺纹，改变了传统的加工方法，也避免了改造机床的麻烦和不容易保证加工精度，这个方法比较实用，宏程序方便修调及补偿，易于控制尺寸，但长度更长的变距等