在加工中心上铣削锥螺纹的技巧 口侯祖刚 德州联合石油机械有限公司 山东德州２５３０３４ 摘 要：圆锥插补是ＦＡＮＵＣ ３２Ｉ数控系统的新增功能，刀路均匀流畅，可以取代宏程序和ＣＡＭ软件，使锥螺纹铣削 在手工编程中成为现实。大幅提高加工质量和编程效率。 关键词：ＦＡＮＵＣ加工中心 圆锥插补锥螺纹铣削 编程技巧 中图分类￣￣－：ＴＰ３１１．１１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—４９９８ｆ２０１４）０３—００１５—０２ ３２１是ＦＡＮＵＣ数控系统的最高版本．主要应用于 济于事。低配置的数控机床尤为明显．由于刀具动作跟 高端加工中心与车铣复合机床。内置的Ｇ０２／Ｇ０３指令 不上程序运行的节拍，铣削后的螺旋线最终演变为凡 被赋予更多的功能．除了用于常规的圆弧插补和螺旋 边形轮廓线，失去应有的加工精度。数控高手各显其 线插补外，通过指定旋转次数或者每转的半径增量值， 能，灵活运用宏程序推出了很多锥螺纹编程方法。其中 可进行平面螺旋线插补，在此螺线插补的基础上，再增 以变量控制螺旋线插补实现锥螺纹铣削的方法最为经 加一个垂直于圆弧平面的直线轴运动，可进行圆锥螺 典，打破了数控铣床长期使用三维线段拟合锥螺纹的 旋线插补。圆锥插补的刀具路径，几乎适用于所有圆锥 传统观念，得到了编程员的一致认可．不足之处是编程 面的精加工，整条路径由一组首尾相连、规律变化的锥 难度较大且必须更改相关的参数，看似简短的程序段 螺旋线组成，路径中没有进给速度和进给方向的突然 中，包含着大量的数学知识和创新思路。几何关系的建 转变，从下刀到抬刀一气呵成，刀路行距均匀，简洁流 立、逻辑运算的判断、转移路径的选择，这些都蕴藏着 畅，具有不可比拟的优势，学以致用后可以解决很多编 很深的学问，令很多初学者知难而退。更改机床参数更 程中遇到的难题。笔者根据自己多年的编程经验，以锥 不是一件容易的事情，受系统版本和机床厂家的． 孑Ｌ螺纹的铣削编程为例，浅谈圆锥插补的格式与应用． 存在很大的风险和差异。ＦＡＮＵＣ ３２１系统站在普通用 希望对大家有所帮助。 户的角度，新增圆锥插补功能。彻底解决了这一难题， １ 锥螺纹 使锥螺纹铣削在手工编程中成为现实．数控机床像执 行普通螺旋线指令一样，轻松自如地完成锥螺纹铣削． 锥螺纹广泛应用于大型工件的密封管路连接，与 既省去了自动编程的繁琐．又避免了宏程序的复杂运 直螺纹的区别在于：螺旋线沿导程方向延伸的同时，半 算，有效扩展了手工编程的范围。 径因锥角作用逐渐放大或缩小。受此影响，每一圈螺旋 线的起点和终点都不在同一圆柱面上．很难用标准的 ２编程格式 螺旋线插补编程。故锥螺纹铣削一直是数控编程的难 Ｇ１７ ＧＯ２／Ｇ０３ Ｘ—Ｙ—ＺＩ——ｊ—Ｋ＿Ｑ—Ｌ—Ｆ一 点，即使一些主流的编程软件也没有什么好的办法，普 格式中－Ａ—Ｙ—Ｚ一为锥螺纹终点的坐标值；Ｉ—Ｊ一 遍采用等分直线段拟合螺旋线的方法．理论上勉强可 为从螺旋起点到中心的矢量值，与圆弧插补相同；Ｋ一 以接受。但实际加工中存在一些弊端。加工效果较差． 为螺旋线旋转一周的高度增减值（行距）；Ｑ一为螺旋线 在线段路径的连接处，刀具出现短暂的停滞，反映在螺 旋转一周的半径增减值；Ｌ为重复次数（不带小数点 纹牙型表面上，是一圈断断续续的接刀痕迹．抛光也无 的正值）；Ｆ－为进给速度。当Ｉ／Ｊ／Ｋ与Ｑ、Ｌ发生定义 收稿日期：２０１３年ｌ０月 冲突时。可视情况省略其中的两项。 件上的多个空间表面进行多面、多工序加工［ 。掌握五 ［２］ 高长银．ＵＧ ＮＸ６．０数控五轴加工实例教程『Ｍ］．北京：化 轴数控加工技术中对刀具轴矢量的合理控制。避免刀 学工业出版社．２００９． 具和零件发生干涉，可以高质量地完成三轴数控加工 ［３］ 王卫兵．ＵＧ ＮＸ６．０数控编程实用教程（第２版）［Ｍ］．北京： 技术不能完成的任务，有效提高加工效率和生产效率。 清华大学出版社．２０１０． 参考文献 ［４］ 史立峰．ＣＡＤ／ＣＡＭ应用技术一ＵＧ ＮＸ ６．０［Ｍ］．北京：化学 ［１］付红伟．ＵＧ数控加工基础教程［Ｍ］．北京：清华大学出版 工业出版社．２００９． △ 社．２００９． （编辑 小 前） 机械制造５２卷第５９５期 ２０１４／３固 加工锥螺纹先要加工螺纹锥孔，孔的尺寸和锥度 直接影响螺纹质量．铣削螺纹锥孔与铣削锥螺纹没有 太大的区别，同样适用于圆锥插补，仅仅是螺旋线的行 距更密一些．选择合适的镗刀或者铣刀．重新设置圆锥 插补参数即可。注意螺旋线的开始方向为自上而下顺 铣，因为螺纹孑Ｌ的铣削方式与螺纹的旋向无关。顺铣的 效果要好一些。自上而下加工便于观察和测量．根据锥 孔编程经验和机床验证，螺旋线行距Ｋ＝０．２，即可以得 到很好的锥孑Ｌ精度，执行程序，轻松完成螺纹锥孔的铣 削。为了便于装配和操作安全，螺纹锥孔一般都要求 ４５。倒角，可以参照锥孑Ｌ格式，再增加一段圆锥插补，修 改ｏ＝ｇ，即可完成孔口倒角。以（图１）特制扣为 例，选用 ３０ ｍｍ合金立铣刀，设工件上表面和锥孑Ｌ中 心线为Ｇ５４加工坐标系原点，自上而下顺铣加工螺纹 锥孑Ｌ，程序如下： １、０２Ｍ０６： Ｍ０３ Ｓ１ｏｏ０： Ｇ１７Ｇ５４Ｇ９０ Ｇ４０ Ｇ４９ Ｇ０ＸＯＹＯ： Ｇ０ Ｇ４３ Ｚ４．０ ＨＯｌ： Ｇ４１ Ｘ３４．０ Ｙ一５ ＤＯ１／／启动刀具半径补偿： Ｇ０３ Ｘ３２．０ ＹＯ Ｚ一６０ Ｉ－３４．０ ＪＯ ＫＯ．２ Ｆ３００，／圆锥插补铣削锥孔省 略Ｑ Ｌ，由系统自动计算； Ｇ０３ Ｘ２７．０ Ｙ一５ Ｒ５ Ｆ５ｏ０／／圆弧切出方式退刀： Ｇ０ Ｚ１．０／／抬刀至安全高度： ＧＯ１ Ｘ３６．５ ＹＯ Ｆ５ｏｏ／／进给至孔口倒角大端起点： ＧＯ３ Ｘ３３．５ ＹＯ Ｚ一２ Ｉ－３６．５ ＪＯ ＫＯ．２ ＱＯ．２ Ｆ３００／／圆锥插补铣削４５。 孔口倒角： Ｇｏ Ｇ４０ ＸＯ ＹＯ／／取消半径补偿； Ｇ９１ Ｇ２８ ＺＯ； Ｍ５ Ｍ３０； 锥孔铣削完成后，更换 ３０ ｍｍ单齿螺纹铣刀，主 轴正转，自下而上顺铣加工，程序中的螺纹终点坐标值 按螺距和锥度的整数倍进行圆整处理，省略［ｐ］半径 增减值和［ ］重复次数，由系统自动计算，程序如下： ＴＯ１ Ｍ０６； Ｍ０３ ＳＩＯ００： Ｇ１７ Ｇ５４ Ｇ９０ Ｇ４０ Ｇ４９ Ｇｏ ＸＯ ＹＯ： Ｇｏ Ｇ４３ Ｚ一６０ ＨＯ１，／下刀至螺纹起始深度： Ｇ４１ Ｘ２８．５ Ｙ一５ ＤＯ１／／启动刀具半径补偿： ＧＯ３ Ｘ３３．５ ＹＯ Ｒ５ Ｆ３００／／圆弧切人至螺纹径向尺寸： ２０１４／３ Ｇ０３ Ｘ３５．５ ＹＯ Ｚ３．５ Ｉ一３３．５ Ｊ０ Ｋ２．５４ Ｆ３００／／圆锥插补铣削螺纹．省 略Ｑ Ｌ，由系统自动计算； Ｇ０ Ｇ４Ｏ ＸＯ ＹＯ／／在安全高度直接退刀： Ｃ９１ Ｇ２８ ＺＯ； Ｍ５ Ｍ３０； 通过刀具运行轨迹（图２）可以看出，圆锥插补相 对于其它加工方式，具有路径清晰、行距均匀、下刀切 入点容易控制等优点，非常适合锥螺纹的铣削。编程的 巧妙之处在于圆锥插补中各项参数的合理设置．程序 中的具体数值要根据数学公式进行必要的圆整和省 略，避免出现较大的累积误差。在圆锥插补铣削螺纹的 加工过程中，一圈锥螺旋线恰好是一个加工循环，系统 有足够的时间进行后置处理和插补运算，程序执行过 程更加流畅。 经批量加工和追踪检验，铣削后的锥螺纹表面精 度和各项尺寸完全符合图纸要求，相对于软件编程，程 序长度缩短了几百倍，螺纹部分一个程序段就可以达 到目的。加工效率和螺纹质量也在原来的基础上大幅 提高，创造出很高的经济效益，程序一直沿用到今天． 深受操作者的喜爱。 ３注意事项 锥螺纹铣削过程中，基于系统设置的加减速功能 有效，越靠近螺旋中心，进给速度越慢，当螺旋线旋转 一周后的半径增减值较大时，编程时尽量不使用刀具 半径补偿，而是直接对刀位点运动轨迹进行编程．这样 可以避免不必要的错误和报警。当程序指定的螺旋线 终点位置与系统根据（ＨＪ／Ｋ／９／Ｌ）自动计算出的实际位 置存在偏差并超过参数（ＮＯ．３４７１）设定的范围时，会 出现（ＰＳ５１２３）报警，程序停止运行。解决方法如下。 １）对圆锥插补中的各项数值进行圆整处理，有关 联的设置尽量保持整倍函数关系。如果指定的圆心矢 量［ Ｋ］与半径增量值［９］及重复次数［ ］存在矛盾 时，可以省略其中两个，由系统自行计算。 ２）在参数（ＮＯ．３４７１）中设定较大的允许偏差值． 即使程序中存在一定的计算误差，也不影响正常运行。 ４结束语 本文以ＦＡＮＵＣ ３２Ｉ数控系统的圆锥插补为例．详 细介绍了铣削锥螺纹的编程格式和应用技巧。ＦＡＮＵＣ 系统的内置功能非常强大，每一次版本升级都会增加 新的亮点，编程员要与时俱进，认真学习新增的各种插 补功能，掌握其方法与技巧，逐步提高编程效率。 参考文献 ［１］ＦＡＮＵＣ ３２Ｉ车床系统／力口工中心系统用户手册［ｚ］． △ （编辑 丁 罡） 机械制造５２卷第５９５期
