用宏程序编程车削梯形螺纹

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 因此它比上面提到的左右切削法的运动轨迹要简单得多。

（如图2所示），

第二刀 左

直进刀切削 移刀切削

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 X 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）

280 -------------------------------------------------------- 1 ------------------------------------------------ r 8 = - ---- --- ---- ----- ---- - ---- ---- ---- ---- ------ -T V 1 10 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

名称 牙顶间隙 大径 中径 小径 牙咼 牙顶宽 牙槽底宽

代号 ac d d2 di h f w 计算公式及参数值（mrj） 0.5 公称直径①80 d2=d-0.5P=75 d3=d-2h=69 h=0.5P+ac=5.5 f=0.366P=3.66 w=0.366P-0.536ac=3.392 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 ° x （牙深一当前层背吃刀量）； U、当刀头宽度小于于牙槽底宽时，左（右）移刀量 =tan15 ° x（牙深一当前层背吃刀

量）+ （牙槽底宽一刀头宽度）/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（牙槽底宽一刀头宽度）/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 循环指令功能，左右移刀切削只需将切削的起点相应移动 或者-0.268*[#1-#2]-#3

G92螺纹加工

0.268*[#1-#2]+#3 （右移刀切削）

（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）

参考程序 00001; N10 T0101; N20 M08 N30 M03 S18Q N40 G00 X90.0 Z10.0 ； N50 #1=5.5 ； N60 #2=0.2 ； 程序号 注 释 换01号刀具，调用01号偏置值 打开切削液 主轴正转，转速为180r/mi n 刀具快速移动到点（90，10） #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） N70#3=（牙槽底宽一刀头宽度）/2 ； #3为（牙槽底宽一刀头宽度）/2 N80 WHILE [#1 GE 0.2] DO1 ； 当#1> 0.2，执行循环1,底部留0.2mm的 精车余量 N90 #4=69.0+2*[#1-#2]； N100 G00 Z5.0 ； N110 G92 X#4 Z-286.0 F10.0 ； N120 G00 Z[5+0.268*[#1-#2]+#3]； N130 G92 X#4 Z-286.0 F10.0 ； N140 G00 Z[5-0.268*[#1-#2]-#3]； N150 G92 X#4 Z-286.0 F10.0 ； N160 #1=#1-#2； N170 END1 N180 G00 X200.0 Z150.0 ； N190 M09 N200 M30 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 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

#3的

#4为每次切削螺纹终点X坐标 移动到直进刀切削的循环起点 直进刀车削螺纹 移动到右移刀切削的循环起点 右移刀车削螺纹 移动到左移刀切削的循环起点 左移刀车削螺纹 构成循环 当#1<0.2，跳出循环1 快速退刀 关闭切削液 程序结束 #2的数值即可。

#3

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

变量上调节，要留余量则在#3=（牙槽底宽一刀头宽度）12基础上减去所留余量，如 0.2的 侧面余

量，则#3=（牙槽底宽一刀头宽度）12-0.2 ;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=（牙槽底宽一刀头宽度）/2 ； #4=（ I）螺纹小径； #5=（ J）螺距; #6=（ K）螺纹长度； （1）主程序 00002 N10 T0101； N20 M08 N30 M03 S200 N40 G65 P1000 A BCIJK ； N50 G00 Z150.0 ； N60 G00 X200.0 ； N70 M09 N80 M30 （2）宏程序 O100Q N10 #7=#4+2*[#1]； N20 G00 X[#7+5.0] Z15.0 ； 程序号 计算出螺纹公称直径 刀具快速移动到工件外一点，准备加工 螺纹 N30 WHILE [#7 GT #4] DO1 ； N40 #1= #1-#2； N50 #7=#4+2*[#1] ； 当#7>#4时，执行循环1 刀具每次进刀0.2mm构成循环 计算出每一刀螺纹终点X坐标 程序号 选择刀具并调用刀具偏置值 打开切削液 主轴正转，转速为200r/min 宏指令调用程序O100Q并给变量赋值 刀具快速沿Z轴退刀 刀具快速沿X轴退刀 关闭切削液 程序结束 N60 GOO Z10.0 ； N70 G92 X#7 Z-[#6+2.0] F#5 ； N80 G00 Z[10.0+0.268*[#1]+#3]； N90 G92 X#7 Z-[#6+2.0] F#5 ； N100 G00 Z[10.0-0.268*[#1]-#3] N110 G92 X#7 Z-[#6+2.0] F#5 ； N120 END1 N130 M99 5结束语

； 移动到直进刀切削的循环起点 直进刀车削螺纹 移动到右移刀切削的循环起点 右移刀车削螺纹 移动到左移刀切削的循环起点 左移刀车削螺纹 当#7<#4时，跳出循环外 子程序结束并返回主程序 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。