（安徽阜阳技师学院机电工程系，安徽 阜阳 236000）
[摘 要] 数控车削中，异形螺纹的编程和加工有别于普通螺纹，在没有成形刀具的情况下，单纯使用固定指令手工编程或使用编程软件自动编程都很难完成，而运用数学思想，建立数学模型，编写具有逻辑运算功能的宏程序，使用常规刀具也能够車削异形螺纹，这也是当前数控车削教学中的难点。通过具体试验，可以找到车削凹圆弧异形螺纹几种较为实用的编程方法，对数控教学及技能比赛有一定的帮助。
[关 键 词] 数控；宏程序；车削；凹圆弧；异形螺纹
[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2017）09-0117-03
一、引言
近年来，随着我国对制造业发展的重视，数控加工作为先进制造技术的典型代表，逐渐被人们所熟知。许多高职和中职院校相继开设了数控专业，为使用数控设备的企业培养数控人才，数控技能比赛也在全国各省市陆续举办。纵观近几年教育系统和人社系统举办的数控车工技能比赛，异形螺纹的车削，被作为难点项目考查参赛人员的编程和加工水平。
所谓异形螺纹是指螺纹的牙型和尺寸与普通螺纹不同的螺纹，而异形螺纹的编程和加工也有别于常见螺纹（如三角螺纹和梯形螺纹）的编程和加工。三角螺纹和梯形螺纹的加工方法通常是采用机夹成形螺纹刀，对螺纹进行直进法或斜进法加工，在FANUC数控系统下，手工编程指令一般使用单行程螺纹切削指令G32、螺纹切削单一循环指令G92、螺纹切削复合循环指令G76。另外也可以使用数控车编程软件将螺纹的大径和小径画出，通过设置软件中的加工参数，自动生成螺纹加工程序，再将程序传输到数控车床中。相对于常见螺纹固定的编程指令和简单的加工方式而言，异形螺纹的编程和加工较为复杂。无论使用哪种编程指令和编程方式，只有刀具的形状符合螺纹的牙型，才能加工出合格的螺纹。异形螺纹作为考查难点，比赛题目会尽量避免参赛选手赛前准备成形刀具，编程时采用固定指令直进法车削，而使用数控车编程软件也很难自动生成异形螺纹的加工程序，因此很多选手会感到束手无策，无从下手。本文依据试验结果，结合实物，以凹圆弧异形螺纹为例，根据图纸建立数学模型，运用高等数学中微积分的思想，使用常规刀具，在FANUC Series 0i Mate—TC数控系统下，采用宏程序的变量编程、逻辑运算和条件转移，套用固定指令的方法，从多个角度编写凹圆弧异形螺纹的加工程序。
二、试验设备、工量刃具和材料
试验使用的设备是沈阳第一机床厂生产的CAK4085di数控车床，配置的是FANUC Series 0i Mate—TC系统。工量刃具有：主偏角93°刀尖角35°的右偏外圆刀、主偏角72.5°刀尖角35°的中置外圆刀、游标卡尺、千分尺、卡盘扳手、刀架扳手、加力杆等。试验材料是45#圆钢，直径50mm。
三、分层车削法加工凹圆弧螺纹
（一）加工图纸
如图1所示，零件的主要尺寸为：圆弧螺纹外径40，长度40，圆弧半径R2，牙深1，螺距P=6。
（二）构建数学模型
零件的外圆可以用右偏外圆刀车削，包括螺纹的外径部分，可以直接控制到40，圆弧螺纹可以使用中置外圆刀车削，单独取出一个螺纹牙进行分析，如图2所示。要完成车削，只需使用刀尖将螺纹牙中的材料去除即可，也就是让刀尖的轨迹布满螺纹牙中的空隙，利用高等数学中微积分的思想，将空隙分为若干层，刀具在每层所占的点位连成一条直线，相邻两层之间的距离足够小，这样刀尖所占的所有点即是空隙中的材料。宏观上再结合固定指令G92进行车削，即可完成凹圆弧螺纹的加工。
刀尖所在深度不同，每层左右两端的极限位置也就不同，可以构造直角三角形，利用三角函数算出极限位置的坐标。
（三）编写螺纹程序
O3；（程序名）
G00 G40 G97 G99；（程序初始化）
M03 S400 T0303；（确认主轴转速和刀位）
G00 X45.0 Z10.0；（定位循环起始点）
#1=1.0；（根据图纸定义螺纹单边牙深变量初始值）
N1 #1=#1-0.1；（每次分层切深0.1，即前面所说的相邻两层之间的距离）
#2=SQRT[2.0*2.0-[2.0-#1]*[2.0-#1]]；（根据构造的直角三角形，利用勾股定理计算出每层Z方向开始切削的极限位置）
#3=#2；（定义每层从极限位置开始切削）
N3 #3=#3-0.1；（每次Z方向进刀0.1，，即同一层刀尖轨迹相邻两点之间的距离）
G00 X45.0 Z[#3+10.0]；（根据变量定位每一刀的切削循环起始点）
G92 X[38.0+2.0*#1] Z-40.0 F6.0；（螺纹底径38，根据牙深变量计算每层X方向直径值，利用G92循环指令车削螺纹）
IF [#3 GT -#2] GOTO 3；（建立逻辑判断语句，完成一层的循环车削）
IF [#1 GT 0.1] GOTO 1；（建立逻辑判断语句，完成所有层的循环车削）
G00 X100.0 Z100.0；（返回换刀点）
M30；（程序结束）
注：最后一层放弃不车，不能将程序写成IF [#1 GT 0] GOTO 1；如果车，机床会报警“引数指定错误”，原因是#2与#3的逻辑关系会计算错误，当车削到最后一层时，根据勾股定理计算出#2=0，此时#3是不能存在于#2和-#2之间的，即当#2=0时，不能满足-#2
