基于普通数控车床加工零导程螺旋线变螺距丝杠的方法与流程

本发明属于金属切削加工领域，具体涉及一种基于普通数控车床加工零导程螺旋线变螺距丝杠的方法。

背景技术：

通常，四轴加工中心是加工变螺距丝杠的主要设备，变螺距丝杠工件安装在第四轴上，利用第四轴作旋转运动，同时铣刀沿着第四轴的轴线运动，两种运动的结合，就在变螺距丝杠工件上形成螺旋线。由于第四轴的转动采用数字控制方式，因而可以实现对变螺距丝杠工件的各段螺旋线进行精确加工。但是，遇到螺距槽宽较小的工件时，加工用铣刀容易磨损，加工效率比较低下，同时四轴加工中心自身结构精密、购置价格昂贵、加工成本较高。现有技术中，数控加工变螺距丝杆的方法，或是螺纹展开线大部分为非圆曲线，或是不涉及导程为零的螺旋线，或是采用两套数控系统串联，或是需要对机床的数控系统进行改造，等等，其螺旋线导程单一、数控系统复杂、数控系统改造麻繁、软件系统兼容性差。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于普通数控车床加工零导程螺旋线变螺距丝杠的方法，它能够有效地替代四轴加工中心实现对变螺距丝杠工件的加工，可靠地提高用铣刀对不同螺距槽宽工件加工的适应性和耐磨性。

设计基于普通数控车床加工零导程螺旋线变螺距丝杠的方法，包括如下步骤：数据计算、数控编程与指令设定、自动加工。

在数据计算阶段，根据展开图中的螺旋线圈数和轴向增量，计算出各段螺旋线导程,根据设计图纸提供的螺旋线起点与终点的坐标值，对工件的特殊螺旋线进行数学处理，使其符合数控车床对螺纹加工指令要求。变螺距丝杠的螺纹参数与计算依据：外径ø30h7，矩形螺纹，右旋，单头，槽宽2+0.1，深度1.3+0.1，螺纹长度43mm。螺纹外观呈不规则变螺距，加工难度较大；变螺距丝杠主要由10段螺旋线构成：螺旋线a有0.5圈，轴向增量为5；螺旋线b有0.5圈，轴向增量为0；螺旋线c有0.5圈，轴向增量为5；螺旋线d有一圈，轴向增量为9；螺旋线e共有6圈，相邻螺旋线之间的轴向增量为4；计算出各段螺旋线导程，根据展开图中的螺旋线圈数和轴向增量，计算出螺旋线的导程值，根据设计图纸提供的螺旋线起点与终点的坐标值，对工件的特殊螺旋线进行数学处理，使其符合数控车床对螺纹加工指令的要求。

在数控编程与指令设定阶段，利用fanuc系统g32指令，对不同螺纹段进行编程，并将编制的数控车床加工宏程序输入机床，完成检查校验和模拟运行过程。在数控编程与指令设定阶段，由于该变螺距丝杠是由10段不同的螺旋线构成，因此只能利用fanuc系统的单行程螺纹切削指令g32，对螺纹分段编程、进行指令设定；单行程螺纹切削指令g32的指令格式为：g32x___w___f____，其中，x、w为螺纹终点坐标，f为螺纹导程；根据已知的每段螺纹终点坐标值和计算得到的螺纹导程，填入到g32指令中，获得自动加工程序。

本发明的有益技术效果是：由于在数控编程阶段对各段螺旋线进行逐个分段编程，因而可靠地适应了变螺距丝杠螺旋线导程的变化。同时在指令设定阶段对特殊螺旋线进行的数学处理，因而满足了普通数控车床对螺纹加工指令的要求。本发明还具有以下优点：加工刀具简单实用、加工效率连续可靠、加工设备低配置高效能、加工过程低成本高精度。

附图说明

图1是变螺距丝杠的螺旋线展开图。

图中，1、螺旋线a，2、螺旋线b，3、螺旋线c，4、螺旋线d，5、螺旋线e。

具体实施方式

下面通过附图提供的实施例分三个部分对本发明作进一步说明。

第一部分，数据计算。

变螺距丝杠的螺纹参数与计算依据：外径ø30h7，矩形螺纹，右旋，单头，槽宽2+0.1，深度1.3+0.1，螺纹长度43mm。螺纹外观呈不规则变螺距，加工难度较大。变螺距丝杠主要由10段螺旋线构成：螺旋线a⑴有0.5圈，轴向增量为5；螺旋线b⑵有0.5圈，轴向增量为0；螺旋线c⑶有0.5圈，轴向增量为5；螺旋线d⑷有一圈，轴向增量为9；螺旋线e⑸共有6圈，相邻螺旋线之间的轴向增量为4。

计算出各段螺旋线导程，根据展开图中的螺旋线圈数和轴向增量，计算出螺旋线的导程值。根据设计图纸提供的螺旋线起点与终点的坐标值，对工件的特殊螺旋线进行数学处理，使其符合数控车床对螺纹加工指令的要求。

导程（l）：同一条螺旋线上的相邻两牙的轴向距离叫做导程，代号为l。导程和头数n、螺距p的关系为：l=n*p

单段不规则螺旋线的导程计算公式为：l=h/s（h为轴向增量，s为圈数）

螺旋线a⑴有0.5圈，轴向增量为5，导程为10（l=5/0.5=10）；

螺旋线b⑵有0.5圈，轴向增量为0，导程为0（l=0/0.5=0）；

螺旋线c⑶有0.5圈，轴向增量为5，导程为10（l=5/0.5=10）；

螺旋线d⑷有1圈，轴向增量为5，导程为9（l=9/1=9）；

螺旋线e⑸，相邻螺旋线之间的轴向增量为4，导程为4（l=4/1=4）；

螺旋线b⑵的导程为0，这样的螺纹是不能加工的。这时需要导程进行数学处理：设定螺旋线b⑵的导程为0.004，半圈螺纹的轴向值就是0.002，误差很小，可以忽略不计。螺旋线b⑵导程的数学处理是加工该变螺距丝杠的关键，否则，就不能在数控车床上完成加工。

第二部分，数控编程与指令设定。

在数控编程与指令设定阶段，由于该变螺距丝杠是由10段不同的螺旋线构成，因此只能利用fanuc系统的单行程螺纹切削指令g32，对螺纹分段编程、进行指令设定。

单行程螺纹切削指令g32的指令格式为：g32x___w___f____，其中，x、w为螺纹终点坐标，f为螺纹导程。

根据已知的每段螺纹终点坐标值和计算得到的螺纹导程，填入到g32指令中，就得到下列程序。

程序内容及注释如下：

%

o3001

t0101：选择1号刀具，1号刀具偏移值；

m3s10：主轴正转，每分钟10转；

#1=0：深度起始值；

#2=0.05：每次切深；

n5g0x40：x轴快速定位；

z5：z轴快速定位；

#3=30-#1*2：丝杆直径；

g1x#3f100：x轴进刀；

g32z-5f10：加工螺旋线a⑴；

g32w-0.002f0.004：加工螺旋线b⑵；

g32w-5f10：加工螺旋线c⑶；

g32w-9f9：加工螺旋线d⑷；

g32w-28f4：加工螺旋线e⑸，共7圈，包括出刀部分；

g0x40：x轴快速退刀；

#1=#1+#2：变量运算；

if[#1le1.3]goto5：条件判断语句,如果#1小于等于1.3,则返回到n5程序行；

g0x100：x轴快速退刀；

z100：z轴快速退刀；

m30：程序结束。

%

第三部分，自动加工。

刀具选用2mm宽的切刀，刀具必须与工件轴线垂直。z向坐标原点设在螺旋线a⑴的起始端面上。螺纹深度采用分层加工，每次切深0.05。工件采用一夹一顶方式装夹，打表找正丝杆外圆，要求跳动量小于0.02。

将编制好的数控车床加工宏程序输入机床，检查校验程序参数、确认输入指令。模拟运行程序，检查、校验无误后，启动机床，实施自动加工。加工过程中，确保切削液用量适当和输送通畅。