大螺距三角形螺纹分层车削的宏程序编程方法
作者：彭 正
来源：《农业技术与装备》 2019年第11期
彭 正
（江苏省江阴中等专业学校，江苏 无锡 214433）
摘 要 文章介绍了采用分层左右切削法车削大螺距三角形螺纹加工程序的设计与编写过程。着重介绍利用宏程序编制该种螺纹的粗、精加工数控程序方法。
关键词 大螺距；角形螺纹；宏程序编程
中图分类号 TG62
文献标志码 A
doi:10.3969/j.issn.1673-887X.2019.11.020
Macro Programming Method for Large Pitch Triangular Thread Layer Turning
Peng Zheng
(Jiangyin Secondary Professional School, Wuxi 214433, Jiangsu, China)
Abstract: This paper introduces the design and preparation process of turning large pitch triangular thread machining program by layered left and right cutting method.Emphasis is placed on the use of macro programs to program the coarse and fine NC programs of this type of thread.
Key words: large pitch, angular thread, macro programming
普通三角形螺纹是一种使用很广的机械紧固螺纹，根据使用功能的不同，螺纹的直径和螺距尺寸各有差异，其生产加工方法也不同。机械工程上使用的单件和小批量件上的大尺寸紧固螺纹，大部分采用车削的方法进行加工。对于小螺距（直径小于5 mm）螺纹，通常在普通车床或数控车床上采用直进法或斜进法车削；而对于大螺距（直径大于
5 mm）螺纹，牙型尺寸大，加工时存在切削余量多、吃刀深、切削力大、铁屑难排出等难题，容易导致刀具损坏，产生不良后果。本文立足于解决大螺距三角形螺纹数控车削加工中的实际问题，重点讨论利用分层切削法车削大螺距三角螺纹，并以FANUC数控系统为例，利用宏程序编写数控加工程序，从而实现大螺距三角螺纹的数控自动加工。
1 三角形螺纹分层左右切削法分析
直进法和斜进法是车削三角形螺纹的常用进刀方法。FANUC数控系统提供了3种螺纹加工指令：单一切削指令G32，单一固定循环指令G92，螺纹切削复合固定循环指令G76。其中G32和G92一般进刀方式为直进法，G76指令的进刀方式为斜进法（也可用于直进）。由于以上两种螺纹车削方法和三种螺纹加工指令应用最广，相关编程说明书、参考书等都有详细阐述，在此不再赘述。
对于小螺距螺纹车削，采用直进法和斜进法有其优点，但对于大螺距或难切削材质螺纹就不适用了。分层左右借刀法切削由于不受螺距大小和牙型深浅的影响，在加工大牙型螺纹时就体现了其优势。
分层切削法是将螺纹加工余量分为若干层，在第一层正中加工完第一刀后，向左或向右赶刀，先将第一层的余量全部切除，再用相同的方法切除第二层，如此逐层切除余量，最后进行精加工。每层切削时，仅有第一刀是两侧刀刃同时参与切削，其余各刀主要有1个侧刃参与切削，排屑比较顺畅。分层切削时，每层径向切深可以根据零件切削性能而设定，加工易切削材质可取值大些，难切削材质可小些。轴向每次借刀量可根据材质性能及所留凸台（由于三角形车刀左右借刀时会在两刀之间留有一凸台）的高度综合考量。分层左右借刀切削法的示意如下图1：
由于大螺距螺纹采用分层切削法车削刀数多、编程坐标点计算复杂，采用前述G32或G92指令按常规方法编写螺纹加工程序的工作量将非常大、且易出错。通过宏程序对分层借刀切削轨迹进行参数化编程，程序简短、清晰。
2 三角形螺纹宏程序编程分析
本文以下图所示标准三角形螺纹M3008为例，对螺纹的宏程序编程进行分析：
2.1 刀具的正确选择
相对于普通车床，在数控车床上加工螺纹对车刀的要求更高，刀具更是影响螺纹加工质量的重要因素。因此，在选择、使用螺纹车刀过程中要注意以下几点：（1）数控车床上加工三角螺纹一般采用高速切削，采用机夹成型刀具便于中途或粗精加工时更换刀片，并有利于保证螺纹精度的一致性。（2）安装螺纹车刀时，刀具的刀尖（刀位点）应与工件的轴线等高，螺纹车刀的刀头垂直于工件轴线。（3）刀头的大小要根据螺纹的螺距值进行选择。当采用分层切削时，虽粗车时每层切削深度较浅，但精车时车刀刀刃的长度还需略大于牙型侧面的长度。本例根据螺纹螺距8mm选择购买标准的三角形螺纹机夹成型刀片。
2.2 根据图纸，计算确定三角螺纹各主要尺寸
根据国标GB/T 196-2003，上图中的螺纹各尺寸（主要有螺纹大径、螺距、中经、小径、牙型高）值为d=300；P=8；d2=d-0.95P=300-0.95×8=294.804；d1=d-1.0825P=300-1.0825×8=291.34；h=(d-d1)/2=4.33。
螺纹加工起点的轴向位置选择在离右端面距离20 mm处，终点的轴向位置选择在槽中间。
2.3 采用分层左右借刀切削法时，刀具左右偏移量的确定
如图3所示，采用分层左右借刀法加工三角螺纹时，以车刀的刀尖点作为刀位点。则粗车时在每个切削层内刀尖相对牙型凹槽正中间的最大偏移量Zcpyz可按以下公式计算：
Zcpyz=（hc-n·ap）·tg30
其中：h——牙型高度；
hc——粗车后的牙型高度；
n——加工至第n层；
ap——每层切削深度。
当每层切深量不变，精车时在每个切削层内刀尖相对牙型凹槽正中间的最大偏移量Zjpyz可按以下公式计算：
Zjpyz=（h-n·ap）·tg30
2.4 分层左右切削法精车螺纹
首先采用分层左右借刀完成螺纹粗车，然后换下粗车刀片装上精车刀头进行螺纹的精加工。仍采用分层法完成螺纹牙型侧面的精加工，每个侧面的精车刀数根据实际情况车1刀或数刀（本例车1刀）。按分层法完成侧面精车后，在牙型的最底部会产生一个小三角形余量，由于余量值很小，故采用直进法车至螺纹小径处。本例采用直进法车2刀至小径处。
3 三角形螺纹粗、精加工的宏程序参数编程
根据以上分析，本文以FANUC0i-TD数控系统为例，对图2所示普通三角形螺纹进行宏程序编程。
08001（粗车程序）
M03 S120
T0303
#1=300（螺纹大径）
#2=8（螺纹螺距）
#3=4.33（牙型高度=0.54×8）
#4=4（粗车后的牙型高度，留精车余量）
#5=1（径向每层切削深度，半径值；此值要能被#4整除）
#7=0.3（粗车时，在某层上的每次轴向借刀量）
#8=20（螺纹车削起点处的Z轴坐标值）
#9=-210（螺纹车削终点处的Z轴坐标值）
G00 X[#1+50] Z[#8]
#14=#4（从牙型高度值开始分层）
N1 #14=#14-#5 (每层切削深度为1 mm)
#6=#14*TAN[30]（首先计算出最大偏移值）
G00 X[#1-2*#4+2*#14] Z#8 （在牙型正中间粗车一刀）
G32 Z#9 F#2
G00 X[#1+50]
Z[#8]
IF [#6 EQ 0] GOTO4 （最后一层粗车只能中间车一刀，车完后退出螺纹加工）
#15=0
N2 #15=#15+#7 （左右借刀，每次借刀量为0.3 mm）
IF [#15 GT #6] GOTO3（循环递增的借刀量不能超过计算出的最大偏移量）
G00 X[#1-2*#4+2*#14] Z[#8+#15]（向右侧借刀）
G32 Z#9 F#2
G00 X[#1+50]
Z[#8]
G00 X[#1-2*#4+2*#14] Z[#8-#15]（向左侧借刀）
G32 Z#9 F#2
G00 X[#1+50]
Z[#8]
GOTO2
N3 G00 X[#1-2*#4+2*#14] Z[#8+#6]（粗车时当前层的右侧最后一刀）
G32 Z#9 F#2
G00 X[#1+50]
Z[#8]
G00 X[#1-2*#4+2*#14] Z[#8-#6] （粗车时当前层的左侧最后一刀）
G32 Z#9 F#2
G00 X[#1+50]
Z[#8]
IF [#14 GT 0] GOTO1
N4 G00 X[#1+100]
Z[#8+50]
M30
%
O8002（精车程序）
M03 S120
T0303
#1=300
#2=8
#3=4.32（牙型高度=0.54*8）
#4=4（牙型高度取整，便于分层）
#5=1（径向每层切削深度，半径值；此值要能被#4整除）
#8=20
#9=-210
G00 X[#1+50] Z[#8]
#14=#3
N1 #14=#14-#5
#6=#14*TAN[30]
G00 X[#1-2*#4+2*#14] Z[#8+#6]（精车当前层右侧面）
G32 Z#9 F#2
G00 X[#1+50]
Z[#8]
G00 X[#1-2*#4+2*#14] Z[#8-#6] （精车当前层左侧面）
G32 Z#9 F#2
G00 X[#1+50]
Z[#8]
IF [#14 GT [#3-#4]] GOTO1
#30=0.2
N2 #30=#30-0.1
G00 X[#1-2*#3+2*#30] Z#8（最后在牙型正中精车两刀）
G32 Z#9 F#2
G00 X[#1+50]
Z[#8]
IF [#30 GT 0] GOTO2
G00 X[#1+100]
Z[#8+50]
M30
%
4 结语
以上是一种大螺距三角形普通螺纹的数控车削粗、加工程序，其编程思路和程序内容对于采用分层左右借刀法车削其他类型的螺纹也有一定的参考价值，也可用于难加工材质（不锈钢、高强度钢等）的中小螺距三角螺纹的车削。其中程序指令、宏程序格式虽以FANUC数控系统为例，但对于 华中、西门子等数控系统，只需参照相关说明书对程序稍作修改即可使用。
参考文献
[1] 彭正.卷筒绳槽数控车削加工程序设计[J]. 金属加工（冷加工）,2018（5）：73-74.
[2] 周维泉.螺纹的数控车铣加工[M].北京:机械工业出版社,2017.