張立君 張樹軍 劉春城 劉 悅 張國斌

(東北大學(xué)工程訓(xùn)練中心，遼寧 沈陽 110004)

目前，在實(shí)際應(yīng)用的數(shù)控系統(tǒng)中，均提供幾種螺紋切削指令供編程人員使用。對于螺紋切削復(fù)合循環(huán)指令，各系統(tǒng)指令的格式以及字母的含義差別較大，確定的切削方式不盡相同。下面以常用的FANUC、DASEN-3i、華中世紀(jì)星、SI MENS 數(shù)控系統(tǒng)為例，說明螺紋切削復(fù)合循環(huán)指令在圖1 所示螺紋的編程過程中，指令格式與應(yīng)用上的差別。

1 FANUC 系統(tǒng)

FANUC 系統(tǒng)，以螺紋切削復(fù)合循環(huán)指令的不同劃分，主要有0T/16T/18T 和10T/11T/15T 兩種。

1.1 前一種指令的格式

G76P(m)(r)(a)Q(Δdmin)R(d);

G76X(U)_Z(W)_R(i)P(k)Q(Δd)F_;

各參數(shù)意義如下:

m:精加工重復(fù)次數(shù)(取值01～99);

圖1 螺紋尺寸

r:螺紋倒角量(取值00～99);

a:牙型角(可以選取80°，60°，55°，30°，29°，0°中的一種);

dmin:最小進(jìn)給深度，該值用不帶小數(shù)點(diǎn)的半徑量表示;

d:精加工余量;

X(U)、Z(W):螺紋終點(diǎn)的坐標(biāo)值;

i:錐螺紋的起點(diǎn)與終點(diǎn)的半徑差;

k:螺紋牙型高度(半徑值)，該值用不帶小數(shù)點(diǎn)的半徑量表示;

Δd:第一次切削深度，該值用不帶小數(shù)點(diǎn)的半徑量表示;

F:螺紋導(dǎo)程(螺距)。

車削圖1 螺紋時(shí)使用G76 復(fù)合循環(huán)螺紋指令，在需要刀具以直進(jìn)方式切削時(shí)，將其輸入為“0”;將其輸入為:80、60、55、40、30、29 后，刀尖以牙型角角度斜進(jìn)方式進(jìn)刀，使刀具負(fù)載小，排屑容易，并能使背吃刀量逐次遞減，保持恒定的切削面積，使刀具每次切削時(shí)的受力一致，能夠顯著提高刀具的使用壽命。并能夠進(jìn)行雙刃同時(shí)微量精車，保證螺紋牙型正確。但粗車時(shí)，只能單刃切削，造成一側(cè)切削刃磨損嚴(yán)重。其中(a)為螺紋牙型角度變量參數(shù)，涵蓋了常用螺紋的牙型角，但沒有公制蝸桿齒形角“40”這一數(shù)值。

加工圖1 螺紋的程序如下:

1.2 后一種指令的格式

G76X(U)_Z(W)_I_K_D_ F_A_ P_;

各參數(shù)意義如下:

X(U)、Z(W):螺紋終點(diǎn)的坐標(biāo)值;

I:螺紋部分的斜度(半徑差);

K:螺紋牙高(用半徑值指定)，該值用不帶小數(shù)點(diǎn)的半徑量表示;

D:第一次切入量，該值用不帶小數(shù)點(diǎn)的半徑量表示;

F:螺紋導(dǎo)程(螺距);

A:刀尖的角度(螺紋牙的角度)指定，指令單位1°，省略時(shí)默認(rèn)為0°;

P:螺紋的進(jìn)刀方式，P1 為斜向進(jìn)給，恒定切除截面積;P2 為左右交替進(jìn)給，恒定切除截面積;P3 為斜向進(jìn)給，恒定背吃刀量;P4 為左右交替進(jìn)給，恒定背吃刀量。

在這個(gè)指令中增加了“P”螺紋進(jìn)刀方式這項(xiàng)參數(shù)，使得刀具能夠?qū)崿F(xiàn)斜向和左右交替兩種進(jìn)刀方法，與前一種指令相比更具靈活性，但是沒有精加工參數(shù)，在車削精度較高的螺紋時(shí)，還需要另外編寫“G32”或“G92”螺紋指令進(jìn)行精車。

加工圖1 螺紋的程序如下:

2 DASEN 系統(tǒng)

在DASEN 系統(tǒng)中常用的主要有DASEN -3i 和DASEN-3i-L，其螺紋切削復(fù)合循環(huán)指令的格式也不相同。

2.1 DASEN-3i 的指令格式

G76P(m)(r)(a)R(d);

G76X(U)_Z(W)_R(i)P(k)Q(Δd)F(f);

該指令的各項(xiàng)參數(shù)與FANUC 系統(tǒng)第一種格式相似，進(jìn)刀方式基本相同。不同的是:在第一段格式里，沒有了精車余量這一參數(shù)，所有數(shù)值均可以帶有小數(shù)點(diǎn)。在牙型角參數(shù)中，可以輸入0°～90°范圍內(nèi)的任意數(shù)值。也能夠?qū)崿F(xiàn)雙刃精車。

加工圖1 螺紋的程序如下:

2.2 DASEN-3i-L 的指令格式

G76X(U)_Z(W)_I _K_D_F_A_;

該指令與FANUC 系統(tǒng)第二種格式相似，牙型角參數(shù)“A”可以輸入0°～90°范圍內(nèi)的任意數(shù)值，能實(shí)現(xiàn)斜向恒定切除截面積方式進(jìn)刀，仍然沒有精車參數(shù)，螺紋牙型精度高時(shí)，還需編寫精車指令。

車削圖1 螺紋的程序如下:

3 華中系統(tǒng)HTC-18xpT/19xpT 系列

其螺紋切削復(fù)合循環(huán)指令的格式如下:

各參數(shù)意義如下:

c:精整次數(shù)(取值01～99);

r:螺紋Z 向退尾長度(00～99);

e:螺紋X 向退尾長度(00～99);

a:牙型角(取80°，60°，55°，30°，29°，0°);

X(U)、Z(W):螺紋終點(diǎn)的坐標(biāo)值;

i:錐螺紋的起點(diǎn)與終點(diǎn)的半徑差;

k:螺紋牙型高度(半徑值);

d:精加工余量;

dmin:最小進(jìn)給深度;

Δd:第一次切削深度(半徑值);

f:螺紋導(dǎo)程(螺距);

該指令在一段格式里，整合了所有參數(shù)，其它參數(shù)與FANUC 和DASEN 基本相同，能實(shí)現(xiàn)斜向恒定切除截面積方式進(jìn)刀。

加工圖1 螺紋的程序如下:

4 SIEMENS 系統(tǒng)

4.1 SIEMENS—802C/S 系統(tǒng)的螺紋切削循環(huán)指令(LCYC97)

格式如下:

各參數(shù)如表1 所示。

表1 SIEMENS-802C/S 系統(tǒng)的螺紋切削循環(huán)指令(LCYC97)參數(shù)意義

編寫圖1 螺紋部分的程序，需要調(diào)出LCYC97 螺紋切削循環(huán)指令，并在相應(yīng)的參數(shù)空格里填入相關(guān)數(shù)值，確認(rèn)后生成程序。編程時(shí)，不需要記住相關(guān)參數(shù)的意義，但修改程序比較繁瑣。

加工圖1 螺紋的程序如下:(以下所有的程序坐標(biāo)原點(diǎn)均在螺紋的右端)

使用該指令時(shí)，只能實(shí)現(xiàn)直向恒定背吃刀量的進(jìn)刀方式，不能實(shí)現(xiàn)斜進(jìn)和左右交替的方法，隨著牙型深度的增加，每次進(jìn)刀的切削面積越來越大，切削力也越來越大，刀具易磨損并產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象。所以使用該指令主要適合加工牙型較淺和螺距較小的螺紋，不適宜加工牙型較深或較大螺距的螺紋。

4.2 SIEMENS—802D 系統(tǒng)螺紋循環(huán)指令(CYCLE97)

格式如下:

各參數(shù)如表2 所示。

表2 SIEMENS-802D 系統(tǒng)的螺紋切削循環(huán)指令CYCLE97 參數(shù)意義

螺紋切入角:用參數(shù)IANG 表示，用于定義螺紋進(jìn)刀的切入角度方向。該值為0 時(shí)，刀具以直進(jìn)法進(jìn)刀;如果該值不為0，則該參數(shù)的絕對值為螺紋牙型角的1/2。當(dāng)該值為正值時(shí)，刀具始終沿牙型的一側(cè)(即斜向)進(jìn)刀，當(dāng)該值為負(fù)值時(shí)，刀具分別沿牙型兩側(cè)交錯(cuò)進(jìn)刀。

螺紋的加工類型:用參數(shù)VARI 定義，該參數(shù)不僅確定螺紋的加工類型，也確定切削螺紋的進(jìn)刀方式。參數(shù)VARI 的值為1～4，其值的含義見表3 所示。

表3 SIEMENS 系統(tǒng)的的802D 系統(tǒng)規(guī)定的螺紋加工類型

編寫圖1 螺紋部分的程序時(shí)，與802C/S 一樣，需要調(diào)出CYCLE 97 螺紋循環(huán)指令，并在相應(yīng)的參數(shù)空格里填入相關(guān)數(shù)值，確認(rèn)后生成程序。編程時(shí)，同樣不需要記住相關(guān)參數(shù)的意義，修改程序同樣比較繁瑣。

加工圖1 的程序如下:

與802C/S 的LCYC97 相比，該指令增加了“IANG”刀具切入角和“VARI”螺紋加工類型兩項(xiàng)參數(shù)，其中輸入不同的刀具切入角時(shí)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)切削不同牙型的螺紋，也能夠根據(jù)牙型深度，確定刀具的進(jìn)刀方式是直進(jìn)法、斜進(jìn)法還是左右交替進(jìn)刀法。在確定“VARI”螺紋加工類型后，能夠?qū)崿F(xiàn)恒定切除截面積進(jìn)刀方式，以保護(hù)刀具，提高螺紋加工質(zhì)量。比較適宜加工牙型較深或較大螺距的三角形螺紋和較小導(dǎo)程的梯形螺紋等。加工大導(dǎo)程的梯形螺紋、蝸桿時(shí)，隨著吃刀深度的增加、接觸牙型面積逐漸增大，使得刀具易振動(dòng)、磨損和扎刀。

5 對比的結(jié)果

在上述幾種螺紋復(fù)合切削指令中，F(xiàn)ANUC 系統(tǒng)和DASEN-3i-L 系統(tǒng)的一段格式具有編寫和修改程序最簡單的特點(diǎn);SIEMENS—802D 系統(tǒng)的指令具有加工范圍廣，進(jìn)刀方式多樣，能夠延長刀具使用壽命、提高牙型精度的的特點(diǎn)。在加工螺紋范圍和指令編寫方面DASEN-3i 系統(tǒng)的兩段格式指令要好于FANUC 系統(tǒng)的兩段格式，次于FANUC 系統(tǒng)的一段格式。對于大導(dǎo)程、多線螺紋、異型螺紋和蝸桿等，使用上述螺紋切削復(fù)合循環(huán)指令編程后，有的加工效果不好、有的無法加工，鑒于此，設(shè)想了新型的指令，以適應(yīng)所有螺紋加工的需要。

6 針對大導(dǎo)程、多線等螺紋的螺紋切削復(fù)合循環(huán)指令的設(shè)想

6.1 在普通車床切削大導(dǎo)程、多線螺紋

以車削梯形螺紋為例，刀具可以按以下幾種方式進(jìn)刀(見圖2):

(a)直向進(jìn)刀，恒定背吃刀量方式;

(b)直向進(jìn)刀，恒定切除截面積方式;

(c)斜向進(jìn)刀，恒定背吃刀量方式;

(d)斜向進(jìn)刀，恒定切除截面積方式;

(e)斜向進(jìn)刀，左右交叉進(jìn)刀，恒定切除截面積方式(或恒定背吃刀量式);

(f)等背吃刀量及面積，斜向進(jìn)刀，分層同向切削，同層向右切削;

(g)等背吃刀量及面積，斜向進(jìn)刀，分層左右交替切削，同層同向切削;

(h)背吃刀量及面積逐次遞減，斜向進(jìn)刀，分層同向切削，同層向右切削;

(i)背吃刀量及面積逐次遞減，斜向進(jìn)刀，分層左右交替切削，同層同向切削;

(j)背吃刀量及面積逐次遞減，斜向進(jìn)刀，分層左右交替切削，同層左右交替切削;

(k)背吃刀量深及面積，中間直向進(jìn)刀，分層直向切削，同層左右交替切削;

(l)背吃刀量及面積逐次遞減，中間直向進(jìn)刀，分層直向切削，同層左右交替切削。

圖2 刀具進(jìn)刀方式

數(shù)控車床使用上述數(shù)控系統(tǒng)的螺紋切削復(fù)合指令編程，功能較好的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)d 和e 切削效果較好的進(jìn)刀方式，但隨著牙型深度的增加，仍然存在切削力大、易振動(dòng)、刀具易磨損和扎刀等問題。在切削大導(dǎo)程的螺紋(蝸桿)時(shí)，比較理想的是能夠?qū)崿F(xiàn)圖2f～l 這些分層切削的方式。但使用螺紋復(fù)合指令無法實(shí)現(xiàn)，如果使用宏程序，編程難度大，程序冗長，繁瑣且易出錯(cuò)。隨著數(shù)控系統(tǒng)功能和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，系統(tǒng)廠家可以編制一個(gè)實(shí)現(xiàn)分層切削的指令，則能夠極大的擴(kuò)展螺紋切削復(fù)合指令的使用范圍，明顯減少刀具破損、打刀的概率，提高刀具的使用壽命和牙型精度。在車削大導(dǎo)程螺紋時(shí)，不分層直進(jìn)和斜進(jìn)方法且以恒定背吃刀量切削對刀具和牙型不利，所以在編制新的指令時(shí)，應(yīng)該編制分層切削的參數(shù)。

下面以圖2g 和i 兩種對刀具和牙型均有利的進(jìn)刀方式為例，來設(shè)想新型螺紋切削復(fù)合指令。

6.2 基于FANUC 系統(tǒng)的新型兩段指令

其格式如下:

G76 X(U)_Z(W)_I_K_D_ F_A_P_;

G76 N_M_Q_R_ E_C_B_ L_;

各參數(shù)意義如下:

X(U)、Z(W):螺紋終點(diǎn)的坐標(biāo)值;

I:螺紋部分的斜度(半徑差);

K:螺紋牙高(用半徑值指定);

D:第一次切入量，用半徑量表示(確定分層切削每層切除截面積恒定時(shí)，其值由“K”/“L”來確定);

F:螺紋導(dǎo)程;

A:牙型角度，指令單位1°，取0°～180°，刀具按指定的牙型輪廓進(jìn)刀;

P:螺紋的旋向，1 為右旋，2 為左旋;

N:精加工余量;

M:精加工次數(shù);

Q:螺紋線數(shù)，在分別粗車所有牙型并且每頭螺紋留有“N ”所指定的余量后，再分別精車;

R:螺紋進(jìn)給方式:

R1:螺紋進(jìn)給方式(分層切削，每層背吃刀量及切除截面積恒定，斜向進(jìn)刀)，見圖2g;

R2:螺紋進(jìn)給方式(分層切削，每層背吃刀量和切除截面積遞減，斜向進(jìn)刀)，見圖2i，其切削層數(shù)由系統(tǒng)在指定由“K”和“D”后自動(dòng)確定;

按此方式切削時(shí)，右旋螺紋第一層從右斜向進(jìn)刀，第二層從左斜向進(jìn)刀;左旋螺紋第一層從左斜向進(jìn)刀，第二層從右斜向進(jìn)刀，以后每層以此類推。

E:牙槽底寬(齒根底寬);

C:牙頂間寬(齒頂間寬);

B:第一層切削次數(shù)，以后每層的切削次數(shù)由“D”、“E”和“C”判定;

L:每層切除截面積恒定時(shí)的切削層數(shù)(取1～99)，輸入L0 時(shí)為背吃刀量及切除截面積遞減方式。

上述五項(xiàng)參數(shù)省略時(shí)系統(tǒng)默認(rèn)切除截面積恒定且不分層左右交替切削，用于加工小導(dǎo)程螺紋。

6.3 基于SIEMENS 系統(tǒng)的新型指令

如表4～6 所示。

表4 基于SIEMENS 系統(tǒng)的參數(shù)含義

表5 類似SIEMENS802D 系統(tǒng)規(guī)定的螺紋加工類型

表6 類似SIEMENS 802D 系統(tǒng)規(guī)定的進(jìn)刀位置及方式

7 結(jié)語

上述設(shè)想的兩種新型螺紋切削復(fù)合指令能夠切削所有的普通三角螺紋、梯形螺紋、異型螺紋和蝸桿，具有適用范圍更廣、應(yīng)用更靈活、功能更強(qiáng)大的特點(diǎn)。在數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)人員今后編制指令時(shí)，希望能夠起到一定的借鑒作用。

［1］沈劍鋒.數(shù)控車床編程與操作實(shí)訓(xùn)［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2005:173 -177.

［2］DASEN-3i 程式說明書［Z］.

［3］DASEN-3i-L 編程手冊［Z］.

［4］葉伯生、周向東等.華中數(shù)控系統(tǒng)編程與操作手冊手冊［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010:107 -108.