天津职业技术师范大学 天津 300222
摘要：文章以车削梯形螺纹为例，着重分析宏程序车削大螺距螺纹在数控车床实训教学中的编程方法，同时阐述了宏程序车削大螺距螺纹的尺寸精度控制方法。
关键词：数控车工；宏程序；编程；梯形螺纹
1 引言
我们在数控车床教学过程中，螺纹车削在数控车工各技能等级教学中既是教学重点也是教学难点。以FANUC数控系统为例，螺纹加工指令常用的有G32、G92及G76三种。用G32指令车削螺纹只能一段一段地编程车削，每次进刀退刀都需要重新定位，所以使用G32指令编程车削螺纹是比较麻烦。G92是螺纹切削循环指令，车削螺纹时，从定位安全位置开始车削，每车削一刀就返回安全位置，再进行第二次、第三次等循环车削。G76属于复合型螺纹切削循环，车削螺纹时，系统会根据给的编程数据自动计算并进行多次螺纹切削循环车削。G32与G92编程其车削方式都为直进法，一般用于螺距小于等于3mm的螺纹车削，区别在于，指令G92只要给出安全位置，每车削一刀执行完后，都会返回安全位置，再车削下一刀。G92与G76区别在于，G92编程中的X轴程序段多，而G76编程的车削方式为斜进法，用于车削螺距3mm以上的大螺距螺纹。但是，用G76编程车削大螺距螺纹特别是车削6mm及以上螺距时，容易产生“扎刀”现象，车削高强度材料时刀具容易磨损，且效率比较低，学生在训练过程中，容易产生心里压力。使用宏程序编程车削大螺距螺纹就解决了G76编程车削大螺距螺纹出现的系列问题。
2 宏程序编程车削大螺距螺纹的方法
以FANUC系统数控车床车削螺距6mm的双线梯形螺纹为例来说明。如下图1。
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图1双线梯形螺纹轴
2.1编程思路
使用宏程序编程车削双线梯形螺纹，宏程序中使用G92螺纹循环加工指令，这样可简化加工程序，车削方式采用左右赶刀法：先中间，再两边。刀具选择：成型刀或切槽刀。
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图2 车削方式
从图2车削方式可以看出，每当直进切完一层后，刀具不再继续X向深度进给，而是在当前深度，往左右两边赶刀。螺纹牙槽的宽度与牙底宽、斜坡宽存在一个等式关系。而每车削新的一层深度时，高度就会变小，随之斜坡宽度就变短，从而导致整个牙槽宽度也跟着变化，所以“高度”这个量是宏程序编程的一个非常关键的量。也可以得出牙槽宽度：牙槽宽度=牙底宽+2×斜坡宽。那么每一层车削时的槽宽余量：槽宽余量=牙底宽+2×斜坡宽-刀尖宽。
2.2宏程序编程方法
一般情况，把槽深作为切削余量，也是宏程序编程的自变量。
方法一，双线螺纹分别连续进行粗加工即先加工完第一线再加工第二线，精加工是同样的加工过程。此方法适合于强度较低的零件材料。程序如下：
O0001;
G00G40G97G99S250M03T0303;
X50.0
Z5.0;
#1=5;（为Z向螺纹分线变量）
WHILE[#1LE11]DO1;
#2=3.5;（X向半径上的总加工余量）
#3=1.928;（牙槽底宽）
#4=1.8;（刀尖宽）
WHILE[#2GE0]DO2;
#5=#2*2+28.9;（每次切深X向坐标值）
#6=#2*TAN[15]*2+#3;（每次切深Z向理想槽宽）
G0X50.0;
Z#1;
/G92X[#5]Z-42.0F12;（粗加工中间一刀，精加工跳过）
/G00Z[#1+[#6-#4]/2]X50.0;（粗加工右边赶一刀，精加工跳过）
/G92X[#5]Z-42.0F12;（粗加工右边赶一刀，精加工跳过）
G00Z[#1-[#6-#4]/2]X50.0;（粗加工左边赶一刀）
G92X[#5]Z-42.0F12;（粗加工左边赶一刀）
#2=#2-0.1;（径向循环：每次径向切深0.1mm）
END2;
G00X200.0;
Z10.0;
#1=#1+6;（分线）
END1;
G00X200.0;
Z10.0;
M30;
方法二，双线螺纹同时连续进行粗加工即每切削一深度的第一线与第二线完成后再切削下一切深，精加工是同样的加工过程。此方法适合于强度较高的零件材料。程序如下：
O0001;
G00G40G97G99S250M03T0303;
X50.0;
Z5.0;
#1=3.5;（X向半径上的总加工余量）
#2=1.928;（牙槽底宽）
#3=1.8;（刀尖宽）
WHILE[#1GE0]DO1;
#4=#1*2+28.9;（每次切深X向坐标值）
#5=11;
WHILE[#5GE5]DO2;
#6=#1*TAN[15]*2+#2;（每次切深Z向理想槽宽）
G00X50.0;
Z#5;
G92X[#4]Z-42.0F12;（粗加工中间一刀，精加工跳过）
G00Z[#5+[#6-#3]/2]X50.0;（粗加工右边赶一刀，精加工跳过）
G92X[#4]Z-42.0F12;（粗加工右边赶一刀，精加工跳过）
G00Z[#5-[#6-#3]/2]X50.0;（粗加工左边赶一刀）
G92X[#4]Z-42.0F12;（粗加工左边赶一刀）
#5=#5-6;（分线）
END2;
#2=#2-0.1;（径向循环：每次径向切深0.1mm）
END1;
G00X200.0;
Z10.0;
M30;
2.3尺寸精度控制方法
在梯形螺纹的实际加工中，由于刀尖宽度并不等于槽底宽，因此通过一次运行程序加工，无法正确控制螺纹中径尺寸公差。为此可采用刀具Z向偏置后再次运行程序加工来解决以上问题，为了提高加工效率，最好只进行一次偏置加工，因此必须精确计算Z向的偏置量，Z向偏置量的计算方法如下：
X方向余量△X：△X=M实测- M理论（M=d2+4.864D-1.866P式中d2为螺纹中径、D为量针直径、P为螺距）
Z向偏置量△Z：△Z=△X×tan15°=0.268△X≈0.27△X即△Z/△X≈1/4
实际加工时，在一次运行程序加工结束后，用三针测量实测M值，计算出刀具Z向偏置量，然后在刀长补偿或磨耗存贮器中设置Z向刀偏量，再次运行程序且把跳段键按下，就能精确控制中径尺寸公差。
3 结束语
宏程序在数控车工车削大螺距螺纹实训教学中的应用，解决了学生在车削梯形螺纹及蜗杆训练中的“扎刀”现象，使学生更容易控制螺纹的表面质量及尺寸精度，既提高了学生对训练的积极性，又降低了加工成本。通过一年实训教学对宏程序车削大螺距螺纹编程的改进和调整，基本形成了固定的格式，目前在车削梯形螺纹及蜗杆实训模块训练中得到广泛的应用。
参考资料
[1]张继.和小继哥一起学数控车床编程[M].机械工业出版社,2019.
[2]陈艳,胡丽娜.宏程序在数控车削特殊螺纹加工中的应用[J].机械研究与应用,2019,(5).155-156
[3]陈廷堡,王新国.浅谈用宏程序车削大螺距梯形螺纹[J].中国科技纵横,2015,(13).62-63.
[4]计小辈,王丽敏,王卓群.多头大导程梯形螺纹数控加工方法研究[J].制造技术与机床,2013,(8).127-129.