段树军 游 娜 唐 霄 姜 然 王 兰
（宝鸡石油机械有限责任公司，陕西 宝鸡 721002）
【摘 要】普通的多头锯齿形螺纹加工程序较为冗杂，因其牙型特殊，编制时工作量大，牙深度和宽度都比普通螺纹大很多，所以检查程序繁琐易出错。根据宏程序的特点，通过对锯齿形螺纹牙型、公差的分析及原理应用，设计出许多简单易行的多头螺纹加工程序。可以通过改变螺纹参数的变量值，加工出不同直径和螺距的锯齿形螺纹，其灵活性较强也较为方便。
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关键词 宏程序；锯齿形螺纹加工；多头螺纹
锯齿形螺纹是一种非标准螺纹，通常采用成形车刀在卧式车床上进行加工，一般用于承受单向载荷。螺纹工作面的牙型角较小，非工作面的角度较大，有利于提高螺纹的抗疲劳强度。目前我国所使用的三菱等数控车床中，对于简单编程的普通螺纹加工来说，可操作性强，但用于复杂的多头锯齿形螺纹加工时，程序编制量大，检查也极其不易，容易造成错误。而在数控车床加工中，我们可以根据宏程序编程的特点，使用变量、算术和逻辑运算及循环、条件转移等来完成对多头锯齿形螺纹的加工。
1 宏程序简介及锯齿形螺纹的牙型分析
1.1 宏程序简介
在编程工作中，我们经常把能完成某一功能的一系列指令像子程序那样存入存储器，用一个总指令来代表他们，使用时只需给出这个总指令就能执行其功能。所存入的这一系列指令称作用户宏程序本体，简称宏程序。这个总指令称作用户宏程序调用指令。在编程时，编程员只要记住宏程序而不必记住宏程序。
用户宏程序与普通程序的区别在于：在用户宏程序本体中，能使用变量；可以给变量赋值；变量间可以运算；程序可以跳转。而普通程序中，只能指定常量，常量之间不能运算，程序只能顺序执行，不能跳转，因此功能只固定的，不能变化。用户宏功能是用户提高数控机床性能的一种特殊功能。宏程序本体既可以由机床生产厂提供，也可以由机床用户自己编制。使用时，先将用户宏主体像子程序一样存入到内存里，然后用子程序调用指令调用。
1.2 锯齿形螺纹的牙型分析
非标准的锯齿形螺纹工作面的牙型角为3°，非工作面的牙型角为30°原始三角形齿形的牙型高度为1.5878p，牙顶间距为0.117777p，牙型宽度为0.25384p，基本牙型高度为0.75p；外螺纹牙型高度为0.86777p，外螺纹小径为（d—1.73554p），外螺纹中径为（d—0.75p），牙底圆角为0.12427p。其中p是螺距，d是外螺纹大径。该螺纹主要用于单向受力的传力螺旋。
本文所要分析的锯齿形螺纹（见图1）为非标准锯齿螺纹，螺纹大径为130mm，左旋螺纹，螺距为8mm，螺纹头数为8，螺纹导程为64mm，牙型高度为2.8mm。
2 加工工艺分析
2.1 刀具选择
刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。广义的切削工具既包括刀具，还包括磨具。刀具按工件加工表面的形式可分为五类。加工各种外表面的刀具，包括车刀、刨刀、铣刀、外表面拉刀和锉刀等；孔加工刀具，包括钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和内表面拉刀等螺纹加工工具，包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣刀等；齿轮加工刀具，包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮加工刀具等；切断刀具，包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等等。此外，还有组合刀具。按切削运动方式和相应的刀刃形状，刀具又可分为三类。通用刀具，如车刀、刨刀、铣刀(不包括成形的车刀、成形刨刀和成形铣刀)、镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀和锯等；成形刀具，这类刀具的刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同的形状，如成形车刀、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和各种螺纹加工刀具等；展成刀具是用展成法加工齿轮的齿面或类似的工件，如滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀盘等。
2.2 加工原理分析
用成形滚压模具使工件产生塑性变形以获得螺纹的加工方法。螺纹滚压一般在滚丝机。搓丝机或在附装自动开合螺纹滚压头的自动车床上进行，适用于大批量生产标准紧固件和其它螺纹联接件的外螺纹。滚压螺纹的外径一般不超过25毫米，长度不大于100毫米，螺纹精度可达2级（GB197-63），所有坯件的直径大致与被加工螺纹的中径相等。滚压一般不能加工内螺纹，但对材质较软的工件可用无槽挤压丝锥冷挤内螺纹（最大直径可达30毫米左右），工作原理与攻丝类似。冷挤内螺纹时所需扭距约比攻丝大1倍，加工精度和表面质量比攻丝略高。
2.3 走刀路线设计
走刀路线是数控加工过程中刀具相对于被加工件的运动轨迹和方向。走刀路线的确定非常重要，因为它与零件的加工精度和表面质量密切相关。确定走刀路线的一般原则是：（１）保证零件的加工精度和表面粗糙度。（２）方便数值计算，减少编程工作量。（３）缩短走刀路线，减少进退刀时间和其他辅助时间。（４）尽量减少程序段数。
3 螺纹加工宏程序设计
3.1 加工轮廓计算
首先对有关螺纹参数（如主轴转速，螺纹大径，螺纹牙型宽度，切削深度和螺纹升角等）进行赋值。由于该8头螺纹导程大，刀具受力大，如果转速太高!易造成刀具磨损加剧，甚至刀具折断。设置车床主轴的最低转速（设置#3023参数为最低转速），利用条件转移功能进行螺纹升角的比较，其中在加工多头锯齿螺纹时还要进行螺纹深度加工的比较，若螺纹深度加工没有达到所需的螺纹小径尺寸，#103变量赋值继续循环加工直至达到尺寸要求为止，直至所有螺纹头数加工完毕。
3．2 定义变量及编制程序
加工参考程序如下：
T0101 （采用90度刀具）
S1500 M03 （主轴正转）
G0X20Z2 （快速定位）
G1Z0F0.3 （锥面的加工起点）
X29.117 Z-204.002 （加工锥面）
G0X100 Z100 （退刀）
T0202 （采用对称尖刀）
G0 X18.868 Z25.333 S300 （异性螺纹的加工起点转速变化）
#1=57 （起始角度）
N1 #2=25.333 （第一个螺距）
#10=25.333 （再次设定初始的螺纹值）
#3=49.988-2*18.667*SIN[#1] （起始X直径）
#4=18.667*COS[#1]+15.021 （起始Z）
G0 X#3 Z#4 （定点）
N2 #5=49.988+#10*TAN[1.28]*2-2*18.667*SIN[#1] （变化中的X）
G32 X#5 W-#2 F#2 （螺纹加工）
#2=#2+6.667 （螺距每次增大6.667）
#10=#10+#2 （每次变化后的螺距值）
IF[#2LE52.001]GOTO2 （最后一个螺距值）
G0X100 （X向退刀）
Z50 （Z向退刀）
#1=#1+1 （每次变化的角度）
IF[#1LE127]GOTO1 （给定条件语句跳转）
G0 X100
Z100
M30
4 加工的成品及问题分析
图2 锯齿形螺纹零件
程序中考虑到分为粗，精2部分进行切削加工，粗加工时以去除多余材料!设置螺纹牙型高度时，预留了精加工余量，以防止在螺纹加工参数比较过程中出现误判断，精加工余量及精加工参数设置应根据工件的材料，螺纹的表面加工精度及刀具的具体工艺状况进行设置，该程序已上机调试成功，且通过了试样加工（见图2）。
5 结束语
上述程序结构简单，具备循环加工的特点，只需利用宏程序的变量定义、逻辑判断、循环指令调用等功能，编写此类螺纹的程序并加工，可适合于任何形式的大导程非标准多头螺纹的加工，节省了工作量，减轻了操作者的劳动强度，其通用性和灵活性非常强。从目前的应用来看，取得了令人满意的效果。
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参考文献
［１］顾京.数控加工编程及操作[M].高等教育出版社,2012,21(07):84-85.
［２］沈建峰,金玉峰.数控编程200例[M].中国电力出版,2013,12(04):75-76.
［３］詹华西.数控加工与编程[M].西安电子科技大学出版社,2011,17(09):23-25.
［责任编辑：邓丽丽］