變螺距螺紋的簡易編程和操作

1序言變螺距螺紋分等槽寬、等牙寬、槽和牙都不等寬三大類，其中第二大類用得最多，編程也最難。在塑料、橡膠和食品等行業(yè)中使用的各種類型擠出螺桿的外圓上，都有等牙寬變螺距螺紋。使用等牙寬變螺距螺紋的螺桿具有壓縮比大、壓縮均勻、出料連續(xù)性好等優(yōu)點(diǎn)。第一屆全國技能大賽國賽數(shù)控車項(xiàng)目的賽題中引入了這個(gè)要素，這是競賽題目與生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合的有益嘗試。2真題分析變螺距螺紋的編程和加工是數(shù)控車編程和加工的難點(diǎn)。迄今為止，用國內(nèi)、外自動編程軟件尚編不出車這類螺紋的精確程序，只能用手工編程。因此在這次大賽中，這個(gè)要素也是整道題中的難點(diǎn)。賽題有賽前公布的樣題和比賽用的真題兩種，真題中變螺距螺紋部分（見圖1）為等牙寬變螺距左旋螺紋，材質(zhì)為LY12，軸向牙寬（3±0.03）mm，槽左壁在螺紋左端面的螺距為8mm，往右每轉(zhuǎn)螺距增加（0.5±0.075）mm。圖1真題中變螺距螺紋部分整體來說，等牙寬變螺距螺紋的編程比較復(fù)雜，但其中有一類（這一類在實(shí)際應(yīng)用中占比不小）可以用簡易的方法來編程和操作。這一類的條件為：螺距小的端面螺距的兩倍與螺距大的端面螺距之差不大于軸向牙寬。真題中的等牙寬變螺距螺紋正好屬于這一類，本文以此為例進(jìn)行介紹。3簡易編程和操作沿走刀方向選取兩個(gè)截面A和B，刀先到A面，后到B面，兩截面之間的距離為L。用F1、F2分別表示截面A、B的截面螺距，K表示主軸每旋轉(zhuǎn)一圈螺距的增加值（若為負(fù)則是減少值），則變螺距螺紋的公式為F22－F12=2LK，這個(gè)公式是解所有變螺距螺紋題的基礎(chǔ)。第一步，畫出和延長變螺距螺紋的牙型截面圖，加標(biāo)尺寸，如圖2所示。圖2是解此類題的關(guān)鍵，圖中的尺寸都是把已知條件代入公式后得出的。例如圖中右端面的“F11.045”是用L=58mm、F1=8mm、K=0.5mm代入公式得到的。第二步，選用刃口4～5mm寬的左偏切槽刀（標(biāo)準(zhǔn)刀片外側(cè)應(yīng)磨出略大于螺紋螺旋升角的后角）。在軸向吃刀逐步加寬槽和徑向吃刀逐步加深槽這兩種方法中，選用后一種方法，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)可轉(zhuǎn)位切槽刀的切削刃是端頭平刃。注意不要用端頭刃口有角度的切斷刀。走刀方向有從右往左和從左往右兩個(gè)方案。這里選用前者，主軸反轉(zhuǎn)。在臥式多工位刀架上（比賽所用刀架），刀片朝上裝；在立式四方刀架上，應(yīng)使用刀片朝下裝的Z形切槽刀（可用普通左偏切槽刀改制）。圖2牙型截面尺寸第三步，確定第一排刀從第幾牙右起刀。由于右端面在第6牙右，所以首排應(yīng)從第8或第9牙右起刀。本文中選擇從第8牙右起刀，如圖3所示。將F1=12mm、F2=8mm、K=－0.5mm代入公式可得L=80mm，這樣就可得到首排刀（按發(fā)那科系統(tǒng)）程序內(nèi)G34中的“F12、K-0.5、Z-8”（此終止值可酌情選擇），以及G34的起始Z值，即G34上段中的“Z80”，從而編制出分別用于發(fā)那科系統(tǒng)和西門子系統(tǒng)的比賽加工的程序O65和PP65.MPF。此程序?qū)嶋H只車一排刀，即沿左槽壁車一條與切削刃同寬的螺旋槽。以螺紋左端面為Z=0平面，用左刃對刀。圖3車第一排刀示意以發(fā)那科系統(tǒng)為例，加工程序O65如下。O65N02#4=60;#4代表X向分刀數(shù)N03G54S300M04;N04T0101;用1號刀補(bǔ)N05G00X200Z200;N101#10=50;#10代表X指令值，此賦初始值N102G00Z80;開始車左槽壁N103X#10;N104G34Z-8F12K-0.5;N105G00X100;N106#10=#10-8/#4;N107IF[#10GE42]GOTO102;N41G00X200Z200M05;N42M30;以西門子系統(tǒng)為例，加工程序PP65.MPF如下。PP65.MPFN02R4=60;R4代表X向分刀數(shù)N03G54S300M04N04T1D1N05G00X200Z200N101R10=50;R10代表X指令值，此賦初始值N102MA1:G00Z80;開始車左槽壁N103X=R10N104G35Z-8K12F0.5N105G00X100N106R10=R10-8/R4N107IFR10﹥=42GOTOBMA1N41G00X200Z200M05N42M02第一排刀切去部分的示意如圖4所示。圖4第一排刀切去部分的示意比賽操作時(shí)，采用一夾一頂?shù)难b夾方式?？ㄗΧ嗣媾c螺紋左端面要至少留16.5mm的空量。將刀具形狀補(bǔ)償頁面中1號刀對應(yīng)的1號行稱為形狀1號行，刀具磨耗補(bǔ)償頁面中1號刀對應(yīng)的1號行稱為磨耗1號行，對刀和建立坐標(biāo)系時(shí)把形狀和磨耗1號行的X、Z刀補(bǔ)值都置0。運(yùn)行前把磨耗1號行的X刀補(bǔ)值置0.15mm。執(zhí)行一遍后測槽底所在的直徑值（此時(shí)應(yīng)偏大）。改磨耗1號行的X刀補(bǔ)值后再執(zhí)行一遍，此時(shí)槽底所在的直徑值應(yīng)在公差范圍之內(nèi)了。切完第一排刀后的圖樣如圖5所示。圖5切完第一排刀后的圖樣在繼續(xù)操作之前先介紹一個(gè)原理：把第一排刀的左刃軌跡向左平移牙寬，再平移刀寬，那么平移后的刀右刃軌跡與已切出的槽左壁的Z向距離就等于牙寬。按這個(gè)平移原理，就可進(jìn)行如下的平移操作：測刀寬δ的實(shí)際值；把形狀1號行的Z刀補(bǔ)值設(shè)置成3mm與δ之和的負(fù)值，把磨耗1號行的Z刀補(bǔ)值設(shè)置成－0.1mm；再執(zhí)行一遍后測牙寬（此時(shí)應(yīng)偏寬）；改磨耗1號行的Z刀補(bǔ)值后再執(zhí)行一遍，此時(shí)牙寬應(yīng)在公差范圍之內(nèi)了。至此，賽題中所要求的要素已車成。圖6是車第二排刀時(shí)主軸每轉(zhuǎn)一整圈時(shí)刀具的位置示意，圖7是第二排刀切去部分的示意。如果比賽時(shí)只有刃寬2.7～3.99mm的刀，那么仍可用平移操作法來加工，只是要多走一排刀。前兩排刀與上述操作相同，完成后測量出中間殘留的最寬值b（在右端）。接著把形狀1號行的Z刀補(bǔ)值在原基礎(chǔ)上減去b，再執(zhí)行一遍即可完成。生產(chǎn)的首件加工也可用上述平移操作的方法來做。對于除首件外的生產(chǎn)加工，應(yīng)使用平移編程的方法來解決，也就是平移后第二排刀的加工用程序而不是用操作來完成。O66和PP66.MPF是4.1～5.0mm寬的車刀分別用于發(fā)那科系統(tǒng)和西門子系統(tǒng)時(shí)除首件外的生產(chǎn)加工程序。圖6車第二排刀示意圖7第二排刀切去部分示意O66N01#1=a;#1代表編程刀寬5與實(shí)際刀寬之差N02#4=60;#4代表X向分刀數(shù)N03G54S300M04;N04T0101;用1號刀補(bǔ)N05G00X200Z200;N101#10=50;#10代表X指令值，此賦初始值N102G00Z80;開始車左槽壁N103X#10;N104G34Z-8F12K-0.5;N105G00X100;N106#10=#10-8/#4;N107IF[#10GE42]GOTO102;T0111;改用11號刀補(bǔ)N201#10=50;#10代表X指令值，此賦初始值N202G00Z[72+#1];開始車右槽壁N203X#10;N204G34Z-8F12K-0.5;N205G00X100;N206#10=#10-8/#4;N207IF[#10GE42]GOTO202;N41G00X200Z200M05;N42M30;PP66.MPFN01R1=a;R1代表編程刀寬5與實(shí)際刀寬之差N02R4=60;R4代表X向分刀數(shù)N03G54S300M04N04T1D1N05G00X200Z200N101R10=50;R10代表X指令值，此賦初始值N102MA1:G00Z80;開始車左槽壁N103X=R10N104G35Z-8K12F0.5N105G00X100N106R10=R10-8/R4N107IFR10﹥=42GOTOBMA1T1D2N201R10=50;R10代表X指令值，此賦初始值N202MA2:G00Z=72+R1;開始車右槽壁N203X=R10N204G35Z-8K12F0.5N205G00X100N206R10=R10-8/R4N207IFR10﹥=42GOTOBMA2N41G00X200Z200M05N42M02這兩段程序只是分別在O65和PP65.MPF中加了N201～N207段，而新加的7段程序與N101～N107相比，只有N202段與N102段中的Z值不同（注意N204段中的數(shù)據(jù)也與N104段中的數(shù)據(jù)相同）。這個(gè)差別來源于向左移動的牙寬和實(shí)際刀寬，也正是因此，作者才把這種簡易編程方法稱為平移編程法。在用首件程序完成首件操作、加工后，以發(fā)那科系統(tǒng)為例，需要進(jìn)行的操作包括：一是把形狀1號行的Z刀補(bǔ)值改置成0；二是把磨耗1號行的Z刀補(bǔ)值移到磨耗11號行的Z刀補(bǔ)值中；三是把磨耗1號行的Z刀補(bǔ)值置0；四是把形狀11號行的Z刀補(bǔ)值置0。做完這些準(zhǔn)備工作后，就可進(jìn)行后續(xù)的生