变螺距螺纹的简易编程和操作

2021-05-28周维泉

金属加工(冷加工) 2021年5期

周维泉

北京南口斯凯孚铁路轴承有限公司北京 102202

1 序言

变螺距螺纹分等槽宽、等牙宽、槽和牙都不等宽三大类，其中第二大类用得最多，编程也最难。在塑料、橡胶和食品等行业中使用的各种类型挤出螺杆的外圆上，都有等牙宽变螺距螺纹。使用等牙宽变螺距螺纹的螺杆具有压缩比大、压缩均匀、出料连续性好等优点。第一届全国技能大赛国赛数控车项目的赛题中引入了这个要素，这是竞赛题目与生产实际结合的有益尝试。

2 真题分析

变螺距螺纹的编程和加工是数控车编程和加工的难点。迄今为止，用国内、外自动编程软件尚编不出车这类螺纹的精确程序，只能用手工编程。因此在这次大赛中，这个要素也是整道题中的难点。赛题有赛前公布的样题和比赛用的真题两种，真题中变螺距螺纹部分（见图1）为等牙宽变螺距左旋螺纹，材质为LY12，轴向牙宽（3±0.03）mm，槽左壁在螺纹左端面的螺距为8mm，往右每转螺距增加（0.5±0.075）mm。

图1 真题中变螺距螺纹部分

整体来说，等牙宽变螺距螺纹的编程比较复杂，但其中有一类（这一类在实际应用中占比不小）可以用简易的方法来编程和操作。这一类的条件为：螺距小的端面螺距的两倍与螺距大的端面螺距之差不大于轴向牙宽。真题中的等牙宽变螺距螺纹正好属于这一类，本文以此为例进行介绍。

3 简易编程和操作

沿走刀方向选取两个截面A和B，刀先到A面，后到B面，两截面之间的距离为L。用F1、F2分别表示截面A、B的截面螺距，K表示主轴每旋转一圈螺距的增加值（若为负则是减少值），则变螺距螺纹的公式为F22－F12=2LK，这个公式是解所有变螺距螺纹题的基础。

第一步，画出和延长变螺距螺纹的牙型截面图，加标尺寸，如图2所示。图2是解此类题的关键，图中的尺寸都是把已知条件代入公式后得出的。例如图中右端面的“F11.045”是用L=58mm、F1=8mm、K=0.5mm代入公式得到的。

第二步，选用刃口4～5mm宽的左偏切槽刀（标准刀片外侧应磨出略大于螺纹螺旋升角的后角）。在轴向吃刀逐步加宽槽和径向吃刀逐步加深槽这两种方法中，选用后一种方法，因为标准可转位切槽刀的切削刃是端头平刃。注意不要用端头刃口有角度的切断刀。

图2 牙型截面尺寸

走刀方向有从右往左和从左往右两个方案。这里选用前者，主轴反转。在卧式多工位刀架上（比赛所用刀架），刀片朝上装；在立式四方刀架上，应使用刀片朝下装的Z形切槽刀（可用普通左偏切槽刀改制）。

第三步，确定第一排刀从第几牙右起刀。由于右端面在第6牙右，所以首排应从第8或第9牙右起刀。本文中选择从第8牙右起刀，如图3所示。将F1=12mm、F2=8mm、K=－0.5mm代入公式可得L=80mm，这样就可得到首排刀（按发那科系统）程序内G34中的“F12、K-0.5、Z-8”（此终止值可酌情选择），以及G34的起始Z值，即G34上段中的“Z80”，从而编制出分别用于发那科系统和西门子系统的比赛加工的程序O65和PP65.MPF。此程序实际只车一排刀，即沿左槽壁车一条与切削刃同宽的螺旋槽。以螺纹左端面为Z=0平面，用左刃对刀。

图3 车第一排刀示意

以发那科系统为例，加工程序O65如下。

O65

N02 #4=60; #4代表X向分刀数

N03 G54 S300 M04;

N04 T0101; 用1号刀补

N05 G00 X200 Z200;

N101 #10=50; #10代表X指令值，此赋初始值

N102 G00 Z80; 开始车左槽壁

N103 X#10;

N104 G34 Z-8 F12 K-0.5;

N105 G00 X100;

N106 #10=#10-8/#4;

N107 IF[#10 GE 42]GOTO 102;

N41 G00 X200 Z200 M05;

N42 M30;

以西门子系统为例，加工程序PP65.MPF如下。

PP65.MPF

N02 R4=60; R4代表X向分刀数

N03 G54 S300 M04

N04 T1 D1

N05 G00 X200 Z200

N101 R10=50; R10代表X指令值，此赋初始值

N102 MA1: G00 Z80; 开始车左槽壁

N103 X=R10

N104 G35 Z-8 K12 F0.5

N105 G00 X100

N106 R10=R10-8/R4

N107 IF R10＞=42 GOTOB MA1

N41 G00 X200 Z200 M05

N42 M02

第一排刀切去部分的示意如图4所示。

比赛操作时，采用一夹一顶的装夹方式。卡爪端面与螺纹左端面要至少留16.5mm的空量。将刀具形状补偿页面中1号刀对应的1号行称为形状1号行，刀具磨耗补偿页面中1号刀对应的1号行称为磨耗1号行，对刀和建立坐标系时把形状和磨耗1号行的X、Z刀补值都置0。运行前把磨耗1号行的X刀补值置0.15mm。执行一遍后测槽底所在的直径值（此时应偏大）。改磨耗1号行的X刀补值后再执行一遍，此时槽底所在的直径值应在公差范围之内了。切完第一排刀后的图样如图5所示。