用宏程序编程车削梯形螺纹
湖北省宜都市职教中心张丰云（443300）【摘要】本文通过对车削梯形螺纹的方法进行对比，提出适合数控车床加工梯形螺纹的车削方法，并通过宏程序实现其程序的编制。
【关键词】宏程序车削梯形螺纹
0引言
梯形螺纹较之三角螺纹，其螺距和牙型都大，而且精度高，牙型两侧面表面粗糙度值较小，致使梯形螺纹车削时，吃刀深、走刀快、切削余量大、切削抗力大，这就导致了梯形螺纹的车削加工难度较大。
1 普通车床车削梯形螺纹方法
车削梯形螺纹时，通常采用高速钢材料刀具进行低速车削，低速车削梯形螺纹一般有如图1所示的四种进刀方法：直进法、左右切削法、车直槽法和车阶梯槽法。
通常直进法只适用于车削螺距较小(P<4mm)的梯形螺纹，而粗车螺距较大(P>4mm)的梯形螺纹常采用左右切削法、车直槽法和车阶梯槽法。
下面分别探究一下这几种车削方法：
图1 梯形螺纹车削的四种进刀方法
直进法：直进法也叫切槽法，如图1(a)所示。
车削螺纹时，只利用中拖板进行横向(垂直于导轨方向)进刀，在几次行程中完成螺纹车削。
这种方法虽可以
获得比较正确的齿形，运动轨迹也很简单，但由于刀具三个切削刃同时参加切削，振动比较大，牙侧容易拉出毛刺，不易得到较好的表面品质，并容易产生扎刀现象，因此，它只适用于螺距较小的梯形螺纹车削。
左右切削法：左右切削法车削梯形螺纹时，除了用中拖板刻度控制车刀的横向进刀外，同时还利用小拖板的刻度控制车刀的左右微量进给，直到牙形全部车好，如图1(b)所示。
用左右切削法车螺纹时，由于是车刀两个主切削刃中的一个在进行单面切削，避免了三刃同时切削，所以不容易产生扎刀现象。
另外，精车时尽量选择低速(v=4～7m/min)，并浇注切削液，一般可获得很好的表面质量。
车直槽法：车直槽法车削梯形螺纹时一般选用刀头宽度稍小于牙槽底宽的矩形螺纹车刀，采用横向直进法粗车螺纹至小径尺寸(每边留有0.2～0.3mm的余量)，然后换用精车刀修整，如图1(c)所示。
这种方法简单、易懂、易掌握，但是在车削较大螺距的梯形螺纹时，刀具因其刀头狭长，强度不够而易折断：切削的沟槽较深，排屑不顺畅，致使堆积的切屑把刀头“砸掉”：进给量较小，切削速度较低，因而很难满足梯形螺纹的车削需要。
车阶梯槽法：为了降低“直槽法”车削时刀头的损坏程度，我们可以采用车阶梯槽法，如图1(d)所示。
此方法同样也是采用矩形螺纹车刀进行切槽，只不过不是直接切至小径尺寸，而是分成若干刀切削成阶梯槽，最后换用精车刀修整至所规定的尺寸。
这样切削排屑较顺畅，方法也较简单，但要换刀效率不高。
综上所述：除直进法外，其他三种车削方法都能不同程度地减轻或避免三刃同时切削，使排屑较顺畅，刀尖受力、受热情况有所改善，从而不易出现振动和扎刀现象，还可提高切削用量，改善螺纹表面品质。
所以，左右切削法、车直槽法和车阶梯槽法获得了广泛的应用。
2 数控车削梯形螺纹方法的选用
根据上述分析，数控车床车削梯形螺纹采用“分层法“比较合适。
分层法”车削梯形螺纹实际上是直进法和左右切削法的综合应用。
在车削梯形螺纹时，“分层法”通常不是一次性就把梯形槽切削出来，而是把牙槽分成若干层(每层深度根据具体情况设定)，转化成若干个较浅的梯形槽来进行切削，从而降低了车削难度。
每一层的切削都采用先直进后左右的车削方法，由于左右切削时槽深不变，刀具只须做向左或向右的纵向进给即可(如图2所示)，因此它比上面提到
的左右切削法的运动轨迹要简单得多。
图2 分层法车削梯形螺纹图
3宏程序编程车削梯形螺纹
本文以加工一个Tr80×10的梯形螺纹（如图3所示）为例介绍用宏程序编写加工程序（采用FANUC 0i Mate TC 系统）
图3梯形螺纹零件图
（1）数值计算
①梯形螺纹加工尺寸计算
表1 梯形螺纹的计算式及其参数值
②左（右）移刀量的计算
如上图可以得出分层切削时左（右）移刀量计算式为
Ⅰ、当刀头宽度等于牙槽底宽时，左（右）移刀量=tan15°×（牙深—当前层背吃刀量）；
Ⅱ、当刀头宽度小于于牙槽底宽时，左（右）移刀量=tan15°×（牙深—当前层背吃刀量）+（牙槽底宽—刀头宽度）/2
（2）“分层法”车削梯形螺纹的刀具选择
“分层法”车削梯形螺纹所用的粗车刀和精车刀与其它加工方法基本相同，只是粗车刀的刀头宽度小于牙槽底宽，刀具刀尖角略小于梯形螺纹牙型角。
（3）参考程序
①编程分析
用宏程序编程时变量的设置是核心内容，一是要变量尽可能少，避免影响数
控系统计算速度，二是便于构成循环。
经过分析本例中要4个变量，#1为刀头到牙槽底的距离，初始值为5.5mm，#2为背吃刀量（半径值），#3为（牙槽底宽—刀头宽度）/2，#4为每次切削螺纹终点X坐标。
本例中编程关键技术是要利用宏程序实现分层切削和左右移刀切削。
利用G92螺纹加工循环指令功能，左右移刀切削只需将切削的起点相应移动0.268*[#1-#2]+#3（右移刀切削）或者-0.268*[#1-#2]-#3（左移刀切削）就可以实现。
分层切削的实现通过#1和#2变量实现，每层加工三刀后，让#1=#1-#2实现进刀，而在每层中螺纹的X坐标不变，始终为#4=69.0+2*[#1-#2]。
②参考程序（此程序已运用于FANUC 0i Mate TC系统车床加工零件）
说明：
①参考程序以工件右端面中心为编程原点。
②若螺纹的表面粗糙度要求不高，可以只用一把粗车刀加工即可，执行完程序后进行测量，根据测量结果判断是否需要调整牙槽底宽的余量。
若中径尺寸未到，可以适当调整#3的数值，直至合格为止。
背吃刀量可以根据工件材料、刀具选择，只需修改#2的数值即可。
③若螺纹的表面粗糙度要求较高，先用粗车刀粗车，除底部留有余量外，侧面余量在#3变量上调节，要留余量则在#3=（牙槽底宽—刀头宽度）/2基础上减去所留余量，如0.2的侧面余量，则#3=（牙槽底宽—刀头宽度）/2-0.2；再用精车刀精车，依然使用该程序，只修改刀具指令和#3即可。
4应用宏指令将梯形螺纹加工程序模块化
应用宏指令，将左右移刀法加工梯形螺纹模块化，应用时只需将宏指令中的自变量赋值修改一下即可加工不同尺寸的梯形螺纹而宏程序中的内容不需修改。
通过上述程序和分析，梯形螺纹加工需要的自变量有：
#1=（A）每一刀的进刀深度（半径值），（本例中初始值为牙高5.5mm）；
#2=（B）背吃刀量；（本例中为0.2mm）
#3=（C）刀头宽度偏差=（牙槽底宽—刀头宽度）/2；
#4=（I）螺纹小径；
#5=（J）螺距；
#6=（K）螺纹长度；
（1）主程序
（2）宏程序
5 结束语
宏程序是程序编制的高级形式，程序编制的质量与编程人员的素质息息相关，因为宏程序中应用了大量的编程技巧，如数学关系的表达、加工刀具的选择、走到方式的取舍等。
掌握宏程序可以解决复杂工件加工或者避免烦琐的数学计算。
参考文献：
1、蒋增幅.车工工艺与技能训练.高等教育出版社，2004。
2、关亮，张向京.数控车床操作与编程技能训练.高等教育出版社，2005.。
