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2024年5月13日发(作者：)
第
３
期
（
总第
１７２
期
）
２０１２
年
６
月
机械工程与自动化
ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ
ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
＆
ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮ
Ｎｏ．３
Ｊｕｎ．
（）
文章编号
：
１６７２４１３２０１２０３０６８３
－
６
－
０
－
０
数控车床上圆弧螺纹的宏程序编程与加工
夏静文
１
，
穆丽沙
２
（）
１．
山西煤炭职业技术学院
，
山西
太原
０３００３１
；
２．
山西省应用技术学校
，
山西
太原
０３００２４
—
Ｔ
摘要
：
主要讨论了在数控车床上对圆弧螺纹的加工
。
利用
ＦＡＮＵＣ０ｉＣ
系统数控车床提供的宏功能为各
种直径和螺距的圆弧螺纹加工编制了通用的数控车削程序
，
并详细说明了圆弧螺纹刀具选择和宏程序的参数
设置方法
。
在程序中巧妙地结合了普通车床车削梯形螺纹时应用的各种工艺技巧
，
提供了一种有较高实用价
值的加工程序
。
关键词
：
圆弧螺纹
；
宏程序
；
数控车床加工
中图分类号
：
ＴＧ６５９∶ＴＰ３１１．１
文献标识码
：
Ａ
０
引言
数控系统中常用的螺纹切削指令主要是指编制内
外圆柱螺纹
、
内外圆锥螺纹
、
多线螺纹等较规则和螺距
较小的常用联接螺纹的加工程序
，
且螺纹的牙型也仅限
多采用直进式进刀方式
。
圆弧螺纹深度较于三角形
，
深
、
宽度大
、
螺距大
，
采用数控系统自带的标准螺纹切削
指令
，
编制加工半圆形螺纹或圆弧圆心角大于
１
的圆
８０°
弧螺纹时
，
程序编写较复杂繁琐
，
而且当圆弧型螺纹的
导程
、
公称直径
、
长度
、
螺纹槽深
、
牙宽
、
圆弧半径等参数
中任何一值不同时
，
就需要重新编制程序
。
如果能编写
出圆弧形螺纹加工的通用宏程序模板就可以解决这一
问题
，
且可以简化程序
，
提高生产效率
，
降低加工成本
。
１
圆弧螺纹的加工工艺分析
１．１
刀具选择
加工圆弧形螺纹时
，
使用标准数控机夹螺纹车刀
是根本不可行的
，
尖形车刀和宽度较小的普通切槽刀
但若遇到螺纹的弧形大尚可勉强使用标准数控机夹
，
于或等于半圆时
，
使用尖形车刀和普通切槽刀就会发
生干涉
。
圆弧形车刀可以用于车削内
、
外表面
，
特别适
合于车削各种曲线光滑连接
（
凹形
）
的成型面
，
其特点
是构成主切削刃的刀刃形状为一圆度误差或线轮廓误
差很小的圆弧
。
该圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀
尖
，
因此
，
刀位点不在圆弧上
，
而在该圆弧的圆心
，
注意
对刀时应以圆弧的圆心为刀位点对刀
。
选择车刀圆弧
半径时应考虑两点
：
①
车刀切削刃的圆弧半径应小于
或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径
，
以免发生加
；
修回日期
：
２
收稿日期
：
２０１２１６０１２２５
－
０
－
１
－
０
－
１
工干涉
；
圆弧车刀半
②
为留有一定的调整和精车余量
，
径必须小于圆弧螺纹的半径
，
但该半径不宜选择太小
，
否则不但制造困难
，
还会因刀尖强度太弱或刀体散热
能力差而导致车刀损坏
。
１．２
螺纹的加工方式
由于圆弧螺纹的牙型较深
、
宽度较大
、
螺距较大
，
车削圆弧螺纹时切削余量和切削抗力均比较大
，
为尽
量避免车削热和车削阻力给加工带来误差
，
以及切削
过程中刀具刃口损伤
，
因此采用低速车削方式
。
当工
件较长时
，
为避免加工时产生更大的车削力而产生颤
振
，
须采用
“
一夹一顶
”
的装夹方式
。
车削圆弧螺纹时
，
虽然圆弧形车刀圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀
尖
，
刀具可以同时三面切削
，
但为了防止刀具的损伤
，
要求在加工螺纹时
，
切削力不能太大
，
因此不能仅仅简
单使用螺纹切削指令
Ｇ
更不能直
９２
来进行直接加工
，
接使用螺纹切削复合循环指令
Ｇ７６
来加工
。
相比之
采用普通车床加工螺纹的分层切削法则可以克服下
，
传统加工方法的缺陷
，
有效减小刀具受力
。
其走刀过
程是先将螺纹
Ｘ
向分成若干层
，
每层
Ｚ
向再分为若干
次进刀
。
这种方法使刀具单侧受力
，
工作平稳
，
不易产
生振动
，
而且可将圆弧螺纹的切削进刀过程规律化
，
编
程思路较清晰
。
分层切削示意图如图
１
所示
。
２
螺纹加工宏程序设计思路及要点
在
ＦＡＮＵＣ
系统的宏指令中
，
０ｉ
系统使用
Ｂ
类宏
指令
。
在
０
系列的早期版本中
，
曾经使用
Ａ
类宏指
令
，
其主要特征为使用
Ｇ６５
代码作为宏程序的专用代
，
男
，
山西太原人
，
助教
，
硕士
，
研究方向
：
机械设计与制造
。
作者简介
：
夏静文
（
１９８２
－
）
等
：
数控车床上圆弧螺纹的宏程序编程与加工
０１２
年第
３
期
夏静文
，
２
·
６９
·
码
，
包括宏变量的赋值
、
运算
、
条件调用等
。
Ｂ
类宏指
令相对
Ａ
类而言
，
其功能更强大
，
编程更直观
。
图
１
分层切削示意图
为实现分层切削
，
程序结构中利用循环功能宏指
令
，
程序运行流程主要由两重循环构成
：
（
１
）
外循环
：
是将螺纹圆弧牙型的总切削深度进
行
Ｘ
向的分层
。
每一层的螺旋槽加工完毕后沿牙深
径向方向进刀加工下一层
，
其加工轨迹要保证圆弧螺
纹的牙型
，
直到最后加工到螺纹底径处的牙型
。
（
２
）
内循环
：
是将同一切削层上整个切削槽宽进行
Ｚ
向分层
。
刀具通过改变起刀点的位置向左偏移完成同一
切削层上整个槽宽的切削加工
。
需要注意的是刀具的起
刀点要同时在
Ｘ
向和
Ｚ
向移动
，
从而保证圆弧螺纹的牙
型
。
程序中在每层切深根据圆弧螺纹的牙型轨迹进行计
算得到该层的槽宽
，
把这个槽宽分多次进刀完成
。
用户宏程序流程图
应用宏程序进行圆弧型螺纹加工的流程图如图
２
所示
。
图
２
圆弧型螺纹加工的宏程序流程图
圆弧螺纹宏程序中变量说明
＃
１
：
定义圆弧螺纹一侧槽宽
，
该值的大小根据圆
弧螺纹槽的圆弧半径与螺纹槽的深度进行计算
。
＃
２
：
刀具轨迹上
Ｚ
向进刀后所对应得
Ｘ
坐标
。
＃
３
：
定义圆弧螺纹槽另外一侧槽宽
。
＃
４
：
圆弧车刀圆心运动轨迹圆的半径
，
该值的大
小为圆弧螺纹槽的圆弧半径与刀具的半径差
。
＃
５
：
螺纹
Ｘ
向总切削深度的分层
，
也可以理解为
外层循环次数
，
该值编程人员可以根据圆弧螺纹的深
度和每一层的切削深度进行调整
。
＃
６
：
螺纹槽的深度
。
对圆弧螺纹而言
，
其尺寸参数有长度
ｌ
、
螺距
ｐ
、
公
称直径
ｄ
、
螺纹槽的圆弧半径
Ｒ
、
螺纹深度
ｈ
等
，
如图
３
所示
。
图
３
圆弧螺纹基本尺寸图
圆弧形螺纹通用加工程序实例
采用
ＦＡＮＵＣ
０ｉ
—
ＴＣ
系统数控车床加工圆弧螺
纹
，
圆弧螺纹的尺寸参数为
：
ｌ
＝１００ｍｍ
、
ｐ
＝１０ｍｍ
、
＝７０ｍｍ
、
Ｒ
＝５ｍｍ
、
ｈ
＝５ｍｍ
。
选择半径
ｒ
＝２ｍｍ
的圆弧形车刀加工
。
其加工程序如下
：
Ｏ１２３４
Ｔ０３０３
Ｇ００Ｘ７３．Ｚ－５．Ｓ５００Ｍ０３Ｍ０８
∥
粗切循环起点
，
主轴正转
，
打开
切削液
＃
６＝５
∥
螺纹槽
ｈ
深赋值
＃
４＝３
∥
赋值车刀圆弧圆心运动轨迹圆的半径为
Ｒ－ｒ
＃
５＝２
∥
外层循环次数赋值
ＷＨＩＬＥ
＃
５ＧＥ０ＤＯ２
∥
外层循环条件
＃
１＝３．
∥
最外层循环一侧槽宽赋值
Ｒ－ｒ
＃
３＝－
＃
１
∥
最外层循环另一侧槽宽赋值
ＷＨＩＬＥ
＃
１ＧＥ
＃
３ＤＯ１
∥
内层循环条件
＃
２＝ＳＱＲＴ
［
＃
４
＊＃
４－
＃
１
＊＃
１
］
∥
刀具运动轨迹上
Ｚ
向
进刀后所对应得
Ｘ
坐标
Ｇ０１Ｚ
［
１５．＋
＃
１
］
Ｆ０．５
∥
螺纹循环起刀点
Ｚ
轴偏置量
Ｇ９２Ｘ
［
２
＊
［
－
＃
２＋３５．＋
［
＃
５
］
＋５－
［
＃
６
］］］
Ｚ－１０３．Ｆ１２．
∥
切削螺纹
，
公称直径赋值
ｄ
，
螺纹螺距赋值
ｐ
＃
１＝
＃
１－０．１
∥
每层
Ｚ
轴切削余量递减
０．１ｍｍ
ＥＮＤ１
∥
内层循环结束
＃
５＝
＃
５－０．５
∥
外层循环
Ｘ
值递减
０．５ｍｍ
ＥＮＤ２
∥
外层循环结束
Ｍ０５Ｍ０９
∥
主轴停止
，
切削液关
Ｇ００Ｘ１００．Ｚ１００．
∥
退刀
Ｍ３０
∥
程序结束
结语
本文介绍了一种利用宏程序编制圆弧形螺纹的方
法
，
并且将螺纹的所有尺寸以及计算中所涉及到的逻
辑关系设置成变量
，
若尺寸参数发生变化
，
只需将参数
３
５
ｄ
４
６
·
７０
·
机械工程与自动化
２０１２
年第
３
期
［］
韩加好
．
基于宏指令的梯形螺纹通用数控加工程序
２
陈颖
，
］（）：
编制
［
Ｊ．
工具技术
，
２００８３５６６８．
－
［］
宏程序在数控车削大导程半圆形螺纹中的应用
３
陈冬梅
．
［］（）：
Ｊ．
科技资讯
，
２０１０１２１３６１３８．
－
［］］
朱华炳
．
基于宏程序编程的梯形螺纹加工
［
金
４Ｊ．
周建峰
，
，
（）：
属加工
（
冷加工
）
２０１０６１２３１２４．
－
［］］
一种异型螺纹的车削方法
［
包头职业技术学
５Ｊ．
李素娟
．
（）：
院学报
，
２０１０４９１０．
－
的数值修改即可
，
从而得到切削圆弧螺纹的通用程序
。
在加工操作过程中
，
由于采用了圆弧形车刀
，
务必注意
要以圆弧形车刀的圆心为刀位点对刀
。
利用所编写的
—
Ｔ
程序在
Ｆ
进
ＡＮＵＣ０ｉ
Ｃ
系统的经济型数控车床上
，
行圆弧螺纹的加工
，
取得了良好的加工效果
。
参考文献
：
［］
基于
Ｇ１ＳＫ９８０ＴＤ
系统车削梯形螺纹的应用研究
张飞霞
．
［］（）：
Ｊ．
新技术新工艺
，
２００９１２９０９２．
－
ＭａｃｈｉｎｉｎＣｉｒｃｕｌａｒＴｈｒｅａｄｂＭｉｃｒｏ
ｇｙ
ＰｒｏｒａｍｏｎＣＮＣ
ＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ
ｇ
１２
，
ＭＵＸＩＡＪｉｎｅｎＬｉｓｈａ
－
ｗ
－
ｇ
（，；，）
１．ＳｈａｎｘｉＶｏｃａｔｉｏｎａｌａｎｄＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｌｌｅｅｏｆＣｏａｌＴａｉｕａｎ０３００３１
，
Ｃｈｉｎａ２．ＳｈａｎｘｉＡｌｉｃａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｉｃＳｃｈｏｏｌＴａｉｕａｎ０３００２４
，
Ｃｈｉｎａ
ｇｙｐｐｙ
：—
ＴＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｉｓａｅｒｄｉｓｃｕｓｓｅｄｈｏｗｔｏｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｔｈｅｃｉｒｃｕｌａｒｔｈｒｅａｄｏｎＮＣｌａｔｈｅ．ＢｔｈｅｍａｃｒｏｂａｓｅｄｏｎＦＡＮＵＣ０ｉＣｓｓｔｅｍ
，
ｐｐｙｙ
ａ
ｇ
ｅｎｅｒａｌＮＣｔｕｒｎｉｎｒｏｒａｍｆｏｒｃｉｒｃｕｌａｒｔｈｒｅａｄｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｉａｍｅｔｅｒａｎｄｔｈｒｅａｄｉｔｃｈｗａｓｗｏｒｋｅｄｏｕｔ．Ｔｈｅｒｅｗｅｒｅｅｘｌａｎａｔｉｏｎ
ｇｐｇｐｐ
ｆｏｒｔｈｅｃｈｏｉｃｅｏｆｃｕｔｔｉｎｔｏｏｌｓａｎｄｔｈｅｓｅｔｔｉｎ．Ｓｏｍｅｔｅｃｈｎｉｕｅｓａｎｄｓｋｉｌｌｓａｌｉｅｄｔｏｃｏｍｍｏｎｌａｔｈｅｆｏｒｔｕｒｎｉｎｃｉｒｃｕｌａｒａｒａｍｅｔｅｒｓ
ｇｇｑｐｐｇｐ
ｔｈｒｅａｄｒｏｒａｍ．ＴｈｉｓａｅｒｒｏｖｉｄｅｓｒａｃｔｉｃａｌｒｏｒａｍｗｅｒｅｉｎｔｅｒａｔｅｄｄｅｘｔｅｒｏｕｓｌｉｎｔｈｅａａｎｄｒｅａｓｏｎａｂｌｅｆｏｒＮＣｔｕｒｎｉｎｏｆｃｉｒｃｕｌａｒ
ｐｇｐｐｐｐｐｇｇｙｇ
ｔｈｒｅａｄ．
：；
ＭＫｅｗｏｒｄｓｃｉｒｃｕｌａｒｔｈｒｅａｄａｃｒｏｒｏｒａｍ
；
ＮＣｔｕｒｎｉｎ
ｐｇｇ
ｙ
櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆
（
上接第
６７
页
）
参考文献
：
［］
方彦军
．
嵌入式技术在电力串口设备网络化中应用
１
习博
，
［］（）：
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Ｊ．２００７
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Ａ２ＲＭ
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３
ＲＭ
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华东电力
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Ｐ４ｏｗｅｒＰＣ
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周凯
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］：
据采集与监测系统设计
［
机电一体化
，
Ｊ．２００７
，
１３
（
３
）
３０
－
３３．
图
６
上位机接收信息包流程图
ＤｅｓｉｎｏｆＣｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅＶｏｌｔａｅＲｅｕｌａｔｉｎＳｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎ
ｇｇｇｇｙ
３ａｎｄＭｏｄｂｕｓＰｒｏｔｏｃｏｌＣｏｒｔｅｘ
－
Ｍ
，，
ＹＡＮＧＸｉａｌｉｎＸＩＡＬｕＦＥＮＧＬｉｎａｉ
－ － －
ｇｙ
（，，）
ＣｏｌｌｅｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｉｎｅｅｒｉｎＴａｉｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏＴａｉｕａｎ０３００２４
，
Ｃｈｉｎａ
ｇｇｇｙｙｇｙｙ
：，
ｗＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｄｅｓｉｎｏｆａｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅｖｏｌｔａｅｒｅｕｌａｔｉｎｓｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＭｏｄｂｕｓｒｏｔｏｃｏｌｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｈｉｃｈｕｓｅｄＣｏｒｔｅｘ３
－
Ｍ
ｇｇｇｇｙｐ
ｍｉｃｒｏｒｏｃｅｓｓｏｒａｓｋｅｒｎｅｌ．ＴｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｏｆｔｈｅｖｏｌｔａｅｒｅｕｌａｔｉｎｍｏｄｕｌｅｗａｓｄｅｓｉｎｅｄｂｕｓｉｎｔｈｅＳａｆｅＲＴＯＳｏｅｒａｔｉｎｓｓｔｅｍ
，
ａｎｄ
ｐｇｇｇｇｙｇｐｇｙ
ＰＣｓｏｆｔｗａｒｅｗａｓｄｅｓｉｎｅｄｂｕｓｉｎＣ
＃
ａｓｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｌａｔｆｏｒｍ．ＴｈｅｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｂＭｏｄｂｕｓｒｏｔｏｃｏｌｗａｓｉｍｌｅｍｅｎｔｅｄｔｈｅ
ｇｙｇｐｐｙｐｐ
ａｍｏｎＰＣ
，
ＣＭ３ｍｉｃｒｏｒｏｃｅｓｓｏｒａｎｄｔｈｒｅｅｈａｓｅｖｏｌｔｍｅｔｅｒ．Ｔｈｅｅｘｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｖｏｌｔａｅｒｅｕｌａｔｉｎｍｏｄｕｌｅｃａｎ
－
ｐ
ｇｐｐｇｇｇ
ａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅｖｏｌｔａｅｒｅｕｌａｔｉｏｎａｎｄａｃｃｕｒａｔｅｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ．
ｇｇ
：；
ＫｅｗｏｒｄｓＣｏｒｔｅｘ－Ｍ３
；
Ｍｏｄｂｕｓｒｏｔｏｃｏｌｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅｖｏｌｔａｅｒｅｕｌａｔｉｎｍｏｄｕｌｅ
ｐｇｇｇ
ｙ
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