針對(duì)螺紋車削使用成型刀價(jià)格昂貴、通過(guò)手工磨削很難保證加工質(zhì)量的難題，采用CAXA數(shù)控車進(jìn)行特殊螺紋編程，在保證質(zhì)量的同時(shí)又可以降低生產(chǎn)成本。
PART 1序言
螺紋車削在機(jī)械加工中占有重要地位，通過(guò)成型刀車削螺紋可保證加工精度、提高生產(chǎn)效率，但是特殊螺紋的成型刀價(jià)格昂貴，甚至買(mǎi)不到。若用手工磨削，則很難保證質(zhì)量。通過(guò)采用CAXA數(shù)控車進(jìn)行特殊螺紋編程，則可以在保證質(zhì)量的同時(shí)降低生產(chǎn)成本[1]。本文以石油設(shè)備中常用的鋸形螺紋（見(jiàn)圖1）為例介紹，利用CAXA CAM數(shù)控車2022（X64）軟件進(jìn)行編程。
圖1 螺紋圖樣
該螺紋為單線螺紋，螺距3.175mm，牙高1.78mm，牙型角46°，傳導(dǎo)牙側(cè)角為48°，承載牙側(cè)角為4°，右旋螺紋，螺紋大徑182.16mm，工件材質(zhì)42CrMo，硬度285～320HBW。螺紋牙底允許有圓弧，最大為R0.25mm。螺紋車刀選用夾角30°、刀尖圓弧半徑為0.2mm的尖刀進(jìn)行車削。車床選用FANUC Series 0i-TF系統(tǒng)臥式車床。螺紋檢驗(yàn)選用投影儀，使用脫模膏，在投影儀上檢驗(yàn)。為方便檢驗(yàn)，可繪制50倍放大圖和脫模切片進(jìn)行比對(duì)。
PART 2軟件設(shè)置
后處理設(shè)置：打開(kāi)軟件，點(diǎn)擊“數(shù)控車”，單擊“后置設(shè)置”，選擇“主軸”，界面如圖2所示。單擊左下角“新建控制系統(tǒng)”“新建設(shè)備配置”，單擊“保存”。分別設(shè)置為：主軸正轉(zhuǎn)M03，主軸停止M05，開(kāi)冷卻液M08，關(guān)冷卻液M09，程序停止M30。選擇“車削”，界面如圖3所示，應(yīng)用節(jié)距螺紋編程指令G32。根據(jù)操作系統(tǒng)設(shè)置完成后，單擊“確定”。
圖2 后置設(shè)置主軸界
圖3 后置設(shè)置車削界面
PART 3創(chuàng)建加工圖樣
利用CAXA數(shù)控車編程前，首先要在CAXA數(shù)控車軟件中創(chuàng)建1：1二維圖樣，工件中心軸線和軟件X軸重合，右端面和軟件Y軸重合，即二維圖樣和數(shù)控車工件坐標(biāo)系一致，工件零點(diǎn)設(shè)置在右端面中心。在工件右側(cè)約6mm處繪制一個(gè)完整的螺紋牙型，保證螺紋牙型大徑及小徑與工件在同一水平線上，尺寸保持一致，如圖4所示。首牙螺紋牙型位置的選擇原則：保證進(jìn)刀和工件不能相撞，盡可能減少空走刀的距離，日常編程中應(yīng)根據(jù)螺距的大小和刀具情況繪制首牙螺紋的位置。
圖4 CAXA圖樣及完整牙型
在螺紋牙型上繪制網(wǎng)格（見(jiàn)圖5），按照牙型輪廓偏移0.3mm。本次選擇刀尖圓弧半徑為0.2mm，以刀尖圓心為刀具中心點(diǎn)，精加工單邊留余量0.1mm。網(wǎng)格間距設(shè)置為為0.2mm，此牙型直徑方向分為9層。圖5中網(wǎng)格交點(diǎn)黑點(diǎn)作為下一步的編程起刀點(diǎn)。
圖5 牙型劃分網(wǎng)格
PART 4創(chuàng)建刀路軌跡
單擊菜單欄“數(shù)控車”，選擇“車螺紋加工”，單擊“螺紋參數(shù)”，界面如圖6所示。選擇“外螺紋”，恒節(jié)距3.175mm，切入延長(zhǎng)量為0mm，切出延長(zhǎng)量為6mm（為了避免螺紋未車通，造成螺紋無(wú)法擰接到位）[2]。數(shù)值的設(shè)定根據(jù)螺紋螺距的大小、刀具情況以及螺紋終點(diǎn)的選擇調(diào)整，螺紋牙高設(shè)置為0.01mm，螺紋頭數(shù)1。
圖6 螺紋參數(shù)設(shè)置界面
設(shè)置加工參數(shù)（見(jiàn)圖7 ）：粗加工深度0.01mm；設(shè)置進(jìn)退刀方式（見(jiàn)圖8）：快速退刀距離設(shè)置為2.5mm，此距離一般不小于牙高即可。
圖7 加工參數(shù)設(shè)置界面
圖8 進(jìn)退刀方式設(shè)置界面
設(shè)置刀具參數(shù)（見(jiàn)圖9）：刀具號(hào)填寫(xiě)1，切削用量里的進(jìn)退刀時(shí)快速走刀選擇“否”，接近速度設(shè)置為3mm，退刀速度設(shè)置為5mm，進(jìn)刀量已默認(rèn)為3.175mm，單擊“入庫(kù)”。
圖9 刀具參數(shù)設(shè)置界面
單擊選項(xiàng)卡中的“幾何”，螺紋起始點(diǎn)選擇圖5中網(wǎng)格右上角的點(diǎn)1，螺紋終點(diǎn)選擇螺紋左側(cè)倒角與大徑接觸處。進(jìn)退刀點(diǎn)的選取需要和螺紋起始點(diǎn)在同一豎直方向上，為了便于選擇，需要從螺紋起始點(diǎn)做一條豎直輔助線，長(zhǎng)度大于圖8中進(jìn)退刀方式中快速退刀距離的數(shù)值，本次設(shè)置長(zhǎng)度為5mm，如果數(shù)值設(shè)置過(guò)大，會(huì)造成空刀路過(guò)長(zhǎng)，浪費(fèi)時(shí)間。最后單擊“確定”，即可生成刀路。
復(fù)制刀路：?jiǎn)螕羯傻牡毒呗肪€，整條刀路被選中，單擊鼠標(biāo)右鍵，平移復(fù)制，以刀具路線圖右下角為基點(diǎn)，依次將刀路復(fù)制到圖5牙型劃分網(wǎng)格上的黑點(diǎn)處，復(fù)制順序?yàn)閺挠抑磷?，第一層?fù)制完成后，第二層同樣從右至左，依次類推。復(fù)制刀路，也可使用標(biāo)題欄的“常用”→“工具欄陣列”命令。需要強(qiáng)調(diào)的是最終生成程序的走刀路線與復(fù)制刀路的順序有關(guān)系，所以復(fù)制刀路必須按照一定的順序進(jìn)行，否則有可能發(fā)生扎刀或撞刀等安全事故。
PART 5后處理生成程序
在生成刀路后單擊菜單欄中的生成后置代碼圖標(biāo)，選擇所需要的車床系統(tǒng)和存儲(chǔ)位置，設(shè)置完成后單擊確定，選擇刀路，即可生成程序[3]，界面如圖10所示。使用CIMCO edit 8.02.16軟件，對(duì)生成的程序進(jìn)行仿真，確認(rèn)刀路無(wú)誤后將程序?qū)霐?shù)控車床。
圖10 后處理程序生成界面
程序修改：后處理中刀具轉(zhuǎn)速S1000、M03、M08、M09和M01重復(fù)出現(xiàn)，建議刪除。程序的起始位置添加轉(zhuǎn)速及快速定位點(diǎn)確保刀具安全位置，在程序尾部添加車削完成換刀安全位置。將程序?qū)霐?shù)控機(jī)床，加工出成品（見(jiàn)圖11），為了方便觀察，左側(cè)表面經(jīng)過(guò)磷化處理，右側(cè)為機(jī)加工后成品。使用脫模膏在50倍投影儀投影牙型輪廓（見(jiàn)圖12），經(jīng)檢測(cè)，牙型尺寸和角度均能滿足圖樣要求，且螺紋傳導(dǎo)牙側(cè)和承載牙側(cè)表面平滑，無(wú)明顯接刀痕跡。
圖11 加工成品
圖12 牙型輪廓
PART 6結(jié)束語(yǔ)
CAXA數(shù)控車車削特殊螺紋解決了無(wú)成型刀可用的難題，從一定程度上降低了螺紋的編程難度，同時(shí)也保證了生產(chǎn)質(zhì)量，有利于提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，為企業(yè)生產(chǎn)提供了便利。具體總結(jié)如下。
1）該方法通用性強(qiáng)，適用于各種異形螺紋，解決了小批量螺紋生產(chǎn)刀具定制的問(wèn)題。
2）該程序使用刀具刀尖進(jìn)行車削，安裝刀具時(shí)應(yīng)確保刀具兩側(cè)切削刃不與工件干涉。
3）在牙型劃分網(wǎng)格時(shí)，考慮到螺紋牙型尺寸的因素，往往不能做到100%均分，但是實(shí)際網(wǎng)格可根據(jù)機(jī)床、刀具和產(chǎn)品等實(shí)際情況進(jìn)行劃分。
4）最終生成程序的走刀路線與復(fù)制刀路的順序有關(guān)，所以復(fù)制刀路必須按照一定的順序進(jìn)行，否則有可能發(fā)生扎刀或撞刀等安全事故。
5）尖刀對(duì)刀時(shí)，直徑方向車刀輕輕碰到工件外圓即完成對(duì)刀。由于使用刀具圓弧圓心為中心編程點(diǎn)，故尖刀刀補(bǔ)中需要添加磨耗，外螺紋為負(fù)值，具體為兩倍刀尖圓弧半徑，本案例中刀補(bǔ)－0.4mm。
6）本案例預(yù)留精加工余量0.1mm，需要進(jìn)行精加工處理，只加工螺紋的兩側(cè)和牙底，精加工刀路步距更小，需要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。
7）該方法同樣存在缺點(diǎn)，如加工時(shí)間長(zhǎng)、精度不如成型刀高等，若有需要可用成型刀精加工。
