圆弧曲面异形螺纹的加工
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摘 要：异形螺纹是一种非标准螺纹，其螺纹尺寸参数与标准螺纹完全不同。本文主要针对异形螺纹进行加工方法、加工工艺分析及宏程序编程的研讨，采用赶刀法编写宏程序，在数控车床上加工异形螺纹。通过实践验证，工艺编排合理，程序简明易懂，加工效率高，解决了异形螺纹的加工难题。
关键词：异形螺纹 赶刀法 宏程序
近年来，随着数控大赛的深入发展，计算机编程软件的应用更加广泛。为了提高选手的综合编程能力，数控加工技能大赛试题以计算机编程方式为主，插入一些计算机编程难以实现的题目，锻炼一下选手手工编程的能力。比如异形螺纹加工，这类题目杂志上也有过介绍，但很多局限于柱面上异形螺纹的加工或曲面上成形刀具（螺旋槽的形状与刀具形状相同）加工的异形螺纹，螺旋槽较浅的一般采用宏程序一次插补成形，螺旋槽较深的一般分层，逐层加工。
如图1所示圆弧曲面异形螺纹，螺距为12mm，分布在一个半径为60mm的圆弧上，且螺纹沟槽的形状为半径4.5mm的圆弧，切入深度为3mm，圆弧起始位置Z0，终止位置Z-40。使用圆弧刀加工，且刀具半径为3mm。
图1.在圆弧曲面上加工异形螺纹
一、加工方法与编程
1.赶刀法开粗
在圆弧上开一个半径为3mm、深3mm的螺旋槽，如图2所示。
参考程序如下：
% /起始符
O01 /程序名
G99G40G97 /程序初始化
T0101 /调用φ6圆弧车刀
M03S100 /主轴正转，转速100r/min
G00X100Z30 /定位刀具起始点
#1=0 /定义开粗第一层
WHILE[#1GE-6]DO1 /判定开粗深度是否在范围之内
G00X[75.982+#1] /定义到切削深度
G32Z15F12 /找正起距角，即定位脉冲
G42G01X[75.982+#1]Z4F12 /调入半径补偿
G03Z-44F12 /弧面螺旋槽加工
G01W-5F12 /直线延长螺旋槽加工
G00X100 /X方向退刀
G40Z30 /Z方向退刀并取消刀补
#1=#1-0.1 /逐层递深
END1 /结束循环
G00X100 /X方向退刀
Z200 /Z方向退刀
M30 /结束程序
% /结束符
注：以上方法只能在R60圆弧面上开出一个半径为3mm、深度为3mm的螺旋槽，为下一步左、右切奠定基础。
图2.赶刀法开粗
2.右切螺旋槽
以-90°顶点为基准向右切螺旋槽，如图3所示。
图3.右切螺旋槽
参考程序如下：
% /起始符
O02 /程序名
G99G40G97 /程序初始化
T0101 /调用φ6圆弧车刀
M03S100 /主轴正转，转速100r/min
G00X100Z30 /定位刀具起始点
#1=-90 /切削起始角
WHILE[#1LE-20]DO1 /判定切削角度是否在范围之内
#2=1.5*SIN[#1] /定义刀具中心X坐标
#3=1.5*COS[#1] /定义刀具中心Z坐标
G00X[65.982+2*#2]
Z[30+#3]
G32Z[15+#3]F12 /找正起距角，即定位脉冲
G42G01X[72.982+2*#2]Z[4+#3]F12 /调入半径补偿
G03X[72.982+2*#2]Z[-44+#3]F12/弧面螺旋槽加工
G01W-5F12 /直线延长螺旋槽加工
G00X100 /X方向退刀
G40Z30 /Z方向退刀并取消刀补
#1=#1+4 /角度递增
END1 /结束循环
G00X100 /X方向退刀
Z200 /Z方向退刀
M30 /结束程序
% /结束符
3.左切螺旋槽
以-90°顶点为基准向左切螺旋槽，如图4所示。
图4.左切螺旋槽
编程：
% /起始符
O03 /程序名
G99G40G97 /程序初始化
T0101 /调用φ6圆弧车刀
M03S100 /主轴正转，转速100r/min
G00X100Z30 /定位刀具起始点
#1=-90 /切削起始角
WHILE[#1GE-200]DO1/判定切削角度是否在范围之内
#2=1.5*SIN[#1] /定义刀具中心X坐标
#3=1.5*COS[#1] /定义刀具中心Z坐标
G00X[65.982+2*#2]
Z[30+#3]
G32Z[15+#3]F12 /找正起距角，即定位脉冲
G42G01X[72.982+2*#2]Z[4+#3]F12 /调入半径补偿
G03X[72.982+2*#2]Z[-44+#3]F12/弧面螺旋槽加工
G01W-5F12 /直线延长螺旋槽加工
G00X100 /X方向退刀
G40Z30 /Z方向退刀并取消刀补
#1=#1-4 /角度递减
END1 /结束循环
G00X100 /X方向退刀
Z200 /Z方向退刀
M30 /结束程序
% /结束符
二、注意事项
本文探讨的圆弧曲面异型螺纹的加工方法概括成赶刀法开粗，左右扩展法。使用本方法时注意事项有三项：
1.圆弧形车刀的刀具补偿。加工使用圆弧形车刀，一定要注意在进退刀时考虑刀尖圆弧半径，否则会发生过切或撞刀现象。加工圆柱面螺纹时圆弧刀具使用刀具中心作为刀位点，在加工过程中不用考虑刀具补偿，在弧面上加工螺旋槽需要加刀补。为了保证螺旋槽的双面牙型角精度，刀尖方位宜选0（9）号。
2.螺旋升角。异形螺纹一般螺距较大，加工时所使用的刀具要像梯形螺纹刀一样，磨出螺旋升角，否则刀具后刀面会发生干涉。
3.R的取值。可采用修改刀具中心与螺旋槽中心距（牙型半径与刀具半径）之差，以控制螺纹的加工精度。如本螺旋槽粗加工时，R可取1.4mm，精加工时，R可取1.5mm。
三、结语
本文主要针对圆弧面的异形螺纹进行加工方法、加工工艺分析及宏程序编程的研讨，得出一种可在数控车床上加工异形螺纹的宏程序编程方法。通过实践验证，工艺编排合理，编程简单，易于理解和掌握，加工效率高，解决了异形螺纹在数控大赛中的加工难题。其他类型的异形螺纹，可以参照本文的实例，进行具体的工艺分析，找到合适的加工编程方法。
参考文献
[1]袁锋 主编 数控车床培训教程.北京：机械工业出版社，2004。
[2]杨琳 主编 数控车床加工工艺与编程.北京：中国劳动社会保障出版社，2005。