多线螺纹的数控加工原理与方法

2009年第12期（总第133期）
邓发云（广州南洋理工职业学院，广东 广州 510980）
【摘　要】　以FANUC系数的数控车床加工为例，介绍了G32、G76、G92等三种多线螺纹编程功能指令，阐述了应用这些功能指令来编程加工多线螺纹的几种方法，即通过改变螺纹的切削起始角加工多线螺纹和通过改变螺纹轴向切削起点加工多线螺纹。
【关键词】　多线螺纹；数控车床；加工方法
1　引言
螺纹有单线和多线之分，沿一条螺旋线形成的螺纹称为单线螺纹，沿两条或两条以上螺旋线形成的螺纹称为双线或多线螺纹。在普通车床加工多线螺纹时，常采用轴向分线法和圆周分线法。
轴向分线法是指当第一条螺旋线加工完毕后，丝杠螺母保持接通，将刀架纵向前移或后移一个螺距后加工第二条螺旋线、第三条螺旋线……这种方法需要精确控制车刀沿轴向移动的距离，以达到分线目的。具体控制方法主要有：（１）小滑板刻度分线法，这种方法虽然比较简便，但分线精度不高。因为受小滑板丝杠间隙的影响以及当螺距并非刻度对应移动量的整倍数时所存在的主观估算误差，所以难免会产生分线误差。（２）百分表、量块分线法，虽然分线精度高一些，但其准备工作繁琐，加工效率低，也容易产生分线误差。
圆周分线法是根据螺旋线在圆周上等距分布的特点，即当车好一条螺旋线后，脱开工件与丝杠之间的传动链，使主轴旋转一个角度α（α=3600/线数），然后再联接工件与丝杠之间的传动链，进行下一条螺旋线的车削。具体的加工方法主要有：（１）利用三爪、四爪卡盘分线法，这种方法分线简便、快捷，但分线精度较低且分线范围较窄。（２）利用交换齿轮分线法，这种方法分线精度较高，但操作麻烦，且只有当车床交换齿轮的齿数为螺纹线数的整倍数时才行。（３）利用多孔拨盘分线法，虽然分线精度稍高一些，但需增加多孔拨盘，且准备工作多，加工效率低，加工成本高[1]。
从以上可知，在普通车床上加工多线螺纹，其加工过程比较繁琐，而且主轴转速又受到螺纹导程的限制，其切削速度无法得到提高，加工效率低；加之螺纹在分线过程中容易出现误差，加工精度较低，这会影响螺纹的工作性能，降低其使用寿命。
随着科学技术的不断进步，在制造业信息化飞速发展的今天，应用数控机床加工多线螺纹可以解决普通机床加工带来的诸多问题。数控车床加工多线螺纹与普通车床加工原理基本相同，其加工方法通常有通过改变螺纹切削起始角度和通过改变螺纹轴向切削起点等两种。在FANUC系统中，多线螺纹编程功能指令有G32、G92、G76等三条。其中G32为单行程螺纹切削指令，编程任务量大，程序较复杂；指令G92可以实现简单螺纹切削循环，使程序段大为简化，但要求工件坯料预先经过粗加工；而指令G76为螺纹切削复合循环指令，它克服了指令G92的缺点，可以将工件从坯料到成品螺纹一次性加工完成，且程序简捷，可节省编程与加工时间。
2　通过改变螺纹切削初始角加工多线螺纹
2.1  方法原理
改变螺纹切削初始角加工多线螺纹是根据螺纹的线数沿圆周方向进行分度，每加工完一线螺纹后，主轴旋转一定角度，而起刀点轴向位置不变，接着进行下一线螺纹的加工。
2.2  应用G32指令加工多线螺纹
2.2.1  指令格式
G32X(U)__Z(W)__F__Q__；
式中：
X、Z——绝对尺寸编程时螺纹的终点坐标；
U、W—— 增量尺寸编程时螺纹的终点坐标；
F——螺纹导程（若为单线螺纹，则为螺纹的螺距）；
Q——螺纹起始角，该值为不带小数点的非模态值，即增量为0.0010；
如起始角为1800，则表示为Q180000(单线螺纹可以不用指定，此时该值为零)；
起始角Q的范围为0~360000之间，如果指定了大于360000的值，则按360000（3600）计算。
2.2.2  应用举例
例1，用G32指令编制如图1所示零件上的螺纹加工程序。

工艺分析：
该零件上有双线螺纹M24X3（P1.5）—6g,螺距为1.5mm导程为3mm。编程原点设在工件右端面中心。
切削参数确定：
查车削手册，确定切深量（半径值）为0.974mm，进刀次数4次，每刀背吃刀量（直径值）分别为0.8mm、0.6mm、0.4mm、0.16mm。
S1（升速进刀段长度）=4mm,S2(减速退刀段长度)=2mm。
设第1线螺纹的起始角为00，则第2线螺纹的起始角为3600/2=1800
参考程序如下：
……；
G00X30.0Z4.0；
X23.2；
G32Z-32.0F3.0Q0；     /第1线螺纹第1刀
G00X30.0Z4.0；
X22.6；
G32Z-32.0F3.0Q0；   /第1线螺纹第2刀
……；
G00 X30.0Z4.0；
X22.04；
G32Z-32.0F3.0Q0；    /第1线螺纹第4刀
G00X30.0Z4.0；
X23.2；
G32Z-32.0F3.0Q180000； /第2线螺纹第1刀
G00X30.0Z4.0；
X22.6；
G32Z-32.0F3.0Q180000； /第2线螺纹第2刀
……；
G00X30.0Z4.0；
X22.04；
G32Z-32.0F3.0Q180000； /第2线螺纹第4刀
G00X30.0；
X100.0Z100.0；
M05；
M30；
2.3  应用G92指令加工多线螺纹
2.3.1  指令格式
G92X(U)__Z(W)__F__Q__；
式中各参数含义与1.2.1相同
2.3.2  应用举例
例2，用G92指令编制如图2[2]所示零件上的螺纹加工程序。

工艺分析：
该零件上有多线螺纹M30X3(P1.5)—6G,螺距为1.5mm，导程为3mm。编程原点设在工件左端面中心。
切削参数确定（略）
参考程序如下：
……；
G92X29.2Z18.5F3.0；  /双线螺纹切削循环1，背吃刀量0.8mm
X29.2Q180000；
X28.6F3.0；          /双线螺纹切削循环2，背吃刀量0.6mm
X28.6Q180000；
X28.2F3.0；          /双线螺纹切削循环3，背吃刀量0.4mm
X28.2Q180000；
X28.04F3.0；         /双线螺纹切削循环4，背吃刀量0.16mm
X28.04Q180000；
M05；
M30；
3　通过改变螺纹切削起点加工多线螺纹
3.1  方法原理
用改变螺纹切削起点的方法加工多线螺纹，在编程时先确定第1线螺纹的切削起点，利用螺纹加工指令完成第1线螺纹加工，在加工第2线螺纹前，要重新确定切削起点，与第1线螺纹的切削起点轴向相差一个螺距P，依次类推，即可车削多线螺纹。
设螺纹导程为F，线数为n，则螺距P=F/n,如图3所示，每线螺纹轴向相差一个螺距P，若A点为第1线螺纹的切削起点，B点为第2线螺纹的切削起点，则第2线螺纹的切削起点在Z方向值是在第1线螺纹的切削起点Z方向值上增加一个螺距P。
由于螺纹切削起点位置发生变化，而切削终点不变，所以，在编程时，每线螺纹走刀长度应相应增加或减少一个螺距，以保证各线螺纹终点的一致[3]。

3.2  应用G92指令加工多线螺纹
3.2.1  指令格式
G92X(U)__Z(W)__F__；
3.2.2  应用举例
例3用G92指令编制如图4所示零件上的螺纹加工程序。
该零件上有双线螺纹M24X3(P1.5),螺距为1.5mm,导程为3mm。
编程原点设在工件右端面中心。
参考程序：
……
G00X30.0Z4.0；          /第1线螺纹循环起点
G92X23.2Z-22.0F3.0；    /第1线螺纹切削循环1，背吃刀量0.8mm
X22.6；                 /第1线螺纹切削循环2，背吃刀量0.6mm
X22.2 ；                /第1线螺纹切削循环3，背吃刀量0.4 mm
X22.04 ；               /第1线螺纹切削循环4，背吃刀量0.16 mm
G00X30.0Z5.5；          /确定第2线螺纹循环起点（第2线螺纹的切削起点相对于第1线螺纹起点错开1个螺距）
G92X23.2Z-22.0F3.0 ；   /第2线螺纹切削循环1，背吃刀量0.8mm
X22.6；                 /第2线螺纹切削循环2，背吃刀量0.6mm
X22.2 ；                /第2线螺纹切削循环3，背吃刀量0.4 mm
X22.04 ；               /第2线螺纹切削循环4，背吃刀量0.16 mm
X100.0Z100.0；
M05；
M30；
3.3  应用G76指令加工多线螺纹
3.3.1  指令格式
G76P(m)(r)(a)  Q(△dmin)R(d)；
G76X(U)__Z(W)__R(i)P(k)Q(△d)F(L)；
式中：
m——精加工重复次数（1—99）,模态值
r——倒角量,模态值
a——刀尖角度（螺纹牙型角）,模态值,一般为600
△dmin——最小背吃刀量（半径值），模态值
d——精加工余量（半径值），模态值
X(U)、Z(W)——螺纹终点坐标值
i——螺纹锥度值（半径差值），若i=0,则为普通圆柱螺纹，可省略
k——螺纹高度（半径值）
△d——第1刀背吃刀量（半径值）
L——螺纹导程
m,r,a由地址P同时指定，例如，当m=2,r=1.2L,a=600时，表示为P021260
3.3.2  应用举例
例4，用G76指令编制如图5[4]所示的螺纹加工程序。

该零件上有双线螺纹M30X4(P2.0),螺距为2.0mm，导程为4mm，编程原点设在工件右端面中心。
参考程序：(设螺纹实际大径已加工)
……；
G00X35.0Z3.0S350M03；    /第1线螺纹定位
G76P021260Q100R100；
G76X26.97Z-30.0R0P1510Q200F4.0；
G00Z5.0；        /第2线螺纹定位（第2线螺纹的切削起点相对于第1线螺纹起点错开1个螺距)
G76P021260Q100R100；
G76X26.97Z-30.0R0P1510Q200F4.0；
G28U0W0；
M05；
M30；