徐 兵 翁剑峰 刘二强

(①台州科技职业学院，浙江 黄岩 318020；②太原科技大学，山西 太原 030024)

螺纹种类繁多，应用越发广泛[1-3]，然而牙型为圆锥曲线的异形螺纹由于编程加工难，功能未得到充分发挥，在生活中很少见到。该类螺纹一般采用数控车削宏程序编程[4-5]，钟璞等[6]利用宏程序解决了在椭圆面上车削多头传动螺纹的难题；黄松[7]介绍了椭圆曲线螺纹，双曲线螺纹和余弦曲线螺纹零件的宏程序编制方法。这些方法思路各异，过程繁琐，没有统一。为了简化圆锥曲线牙型螺纹编程，文章以FANUC-Oimate系统为例，在前期研究圆锥曲线极坐标统一方程的基础上[8]，提出了1个适合这3种圆锥曲线牙型螺纹的极坐标宏程序统一编程模式，并通过Visual Basic开发出1个智能平台，针对不同的圆锥曲线异形螺纹，在平台上修改关键参数，即可获得该类螺纹零件的宏程序，同时在VERICUT仿真软件得到验证，方便操作，易于加工。

1 数控车削圆锥曲线异形螺纹零件极坐标宏程序统一模式的建立

如图1所示，在前期的工作上[8]，通过圆锥曲线极坐标方程，将数控车削椭圆、抛物线和双曲线这3种圆锥曲线异形螺纹零件的宏程序归纳，获得如下的统一宏程序编程。

O1

G98

T0101

M3S800

G0X100Z100

G0(D+2)#1=θ1

(定义变量#1为极角θ，且最小值为θ1)

N10#2=X0+e*p*COS[#1] /[1+e*SIN[#1]]

(#2为计算二次曲线上M点的x’坐标)

#3=Y0-e*p*SIN[#1]/[1+e*SIN[#1]]

(#3为计算二次曲线上M点的y’坐标，即半径值)

G0X [2*#3]Z[#2+f]

(快速定位到螺纹第一个切削起点，f为螺纹螺距)

G32Z-(L+0.5)F(f)

(第一刀螺纹切削，L为螺纹总长，)

G0X(D+2)

(D为螺纹外径)

Z6

(第一刀螺纹切削完毕，退回到循环起点)

#1=#1-1

(极角重新赋值，不断减少)

IF[#1GEθ2]GOTO10

(条件循环语句，极角变化大于θ2时，回到程序段10)

G0X100Z100

M30

2 基于VB的圆锥曲线异形螺纹零件宏程序智能平台的开发

如图1所示,圆锥曲线异形螺纹零件的宏程序模式统一，逻辑性强，但操作困难，而VB是当前应用最广泛也是可视化的程序开发工具之一[9-10]。因此采用VB开发圆锥曲线异形螺纹零件宏程序智能平台，可使平台人机界面友好，可操作性强。

2.1 智能平台功能设计

本平台主要实现的功能：(1)接收用户输入的圆锥曲线参数；(2)根据关键参数e的大小，输出不同的圆锥(椭圆、双曲线和抛物线)示意图；(3)圆锥曲线异形螺纹零件的宏程序NC代码生成及输出。

2.2 智能平台界面设计

为了增强平台界面的可视化，如图2所示，平台界面中加入一个图形窗口，显示用AUTOCAD绘制的圆锥曲线示意图，示意图中对应的参数在右侧文本框里显示，用户可根据实际的加工零件需求输入参数数据，如表1所示。

表1 圆锥曲线异形螺纹参数界面标签及含义

2.3 变量赋值与运算

在VB的源代码中，在智能平台界面输入的参数数据，即可进行程序运算。

部分计算程序源代码如下：

(1)输出程序代码到智能平台界面，供用户调用

Private Sub CommandButton1_Click()

TextBox1.Value = ""

mystr = Sheet1.Range("D5").Value

′D

If Len(D.Value) >= 1 Then

vD = Val(D.Value) + 2

mystr = Replace(mystr, "{{D+2}}", vD)

Else

MsgBox "请输入直径D"

Exit Sub

End If

′ X0

If Len(X0.Value) >= 1 Then

vX0 = Val(X0.Value)

mystr = Replace(mystr, "{{X0}}", vX0)

Else

MsgBox "请输入X0"

Exit Sub

End If

……………………

TextBox1.Value = mystr

(2)根据e值，加载零件仿真加工示意图

部分输出代码如下：

evalue = Val(e.Value)

If Val(e.Value) > 1 Then

Image2.Picture = LoadPicture(ThisWorkbook.Path + "imgsg1.jpg")

ElseIf Val(e.Value) = 1 Then

Image2.Picture = LoadPicture(ThisWorkbook.Path + "imgse1.jpg")

Else

Image2.Picture = LoadPicture(ThisWorkbook.Path + "imgsl1.jpg")

End If

End Sub

…………………….

2.4 NC程序的生成及加工验证

如图2所示，参数设置完后，点击“生成代码”，即可生成圆锥曲线异形螺纹零件的宏程序，显示在界面右边框中，该宏程序可直接在机床上执行。同时，相关的零件仿真图出现在界面左下角边框中。现对数控车削不同圆锥曲线异形螺纹零件进行宏程序代码生成并加工验证。

(1)椭圆(e<1)

(2)双曲线(e>1)

图7中抛物线方程x′2=10y′,FM点与Z轴夹角，即极角θ变化范围为(-10.389 °，190.389°)，且e=1，p=5，且焦点F坐标在工件坐标系中的坐标(X0，Y0)为(-5,18.9)。将获得的参数输入到图2文本框中，生成的代码在机床上执行，加工后的零件如图8所示。

3 结语

通过对圆锥曲线中椭圆、双曲线和抛物线异形螺纹零件反复的运算和调试，该智能平台生成的程序符合设计要求。

圆锥曲线异形螺纹零件的加工，关键在于程序，它决定了数控加工的精度和速度。通过VB编制该类零件的宏程序，操作界面可视化高，简单易懂。该方法和技术在实际机床加工中得到了验证，具有极高的推广意义。