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[摘要]本文從工程角度出發，對螺紋銑削工藝及程序編制要點進行分析，提出一種優化的螺紋銑削軌跡方案，并通過開發軟件實現了參數化編程。

[關鍵詞]螺紋銑削；工藝；軟件開發；參數化編程

在飛機制造企業中，主要承力結構件通常為鋼件，工藝過程復雜，加工周期長，制造成本高。而該類零件中通常都具有螺紋特征，而螺紋加工往往處于生產鏈的末端，一旦發生質量問題可能造成整個零件報廢[1]，因此，螺紋加工對工藝過程的安全性提出了更高的要求。由于零件結構的限制，部分螺紋無法通過車削加工，需要利用螺紋銑削加工螺紋。當前的主流數控編程軟件UG，CATIA等都可以自動生成螺紋銑削程序[2]，通常生成的程序為直線插補軌跡，程序可讀性差，造成現場操作存在盲目性，使用不方便。本文從螺紋形成機理進行分析，提出了一種優化的螺紋銑削軌跡方案，并通過開發工具實現了圓弧插補螺紋程序的自動生成，程序簡潔、可讀性好，由于后臺固化了相關參數，用戶僅僅需要輸入相應螺紋尺寸及銑刀直徑就能完成程序的編制，程序的一致性更好，有效的保證了螺紋加工的質量。

1螺紋銑削加工

1.1螺紋加工方式。常規的螺紋加工方法主要為采用螺紋車刀車削螺紋，或采用絲錐板牙手工攻絲及套扣，但隨著數控機床的普及，螺紋銑削已經成為非常重要的螺紋加工手段[3,4]。螺紋銑削具有廣泛的適用性，在結構限制無法利用車削加工的螺紋都可以采用螺紋銑削加工。螺紋銑削分為單刃螺紋銑刀加工和多刃螺紋銑刀加工，由于多刃螺紋銑刀加工效率更高，因此本文基于多刃螺紋銑刀銑削螺紋進行闡述和講解。1.2螺紋銑削加工特點。多刃口螺紋銑刀銑削螺紋，可以利用一把刀具，加工直徑和旋向不同的螺紋，但不能用同一把刀具同時加工內螺紋和外螺紋，內、外螺紋銑刀牙型有區別。相比傳統螺紋加工，螺紋銑削加工具有精度高、質量好、適用性廣等優點，且可以加工無過渡扣和退刀槽結構的螺紋。

2軌跡設計及要點

2.1內外螺紋加工的區別。用螺紋銑刀可以銑削內螺紋和外螺紋，但是為了保證螺紋表面質量和提高刀具壽命，加工時候應該選擇順銑[6]，而順逆銑是由主軸轉向和加工時的軌跡旋向綜合決定的，由于主軸常用旋向為正轉，因此默認主軸為正轉，僅通過加工軌跡的旋向來確定順逆銑，加工內螺紋軌跡為逆時針，加工外螺紋軌跡為順時針。螺紋銑削加工軌跡示意圖如圖1所示。2.2螺紋旋向與加工方向的關系。螺紋銑削可以從上往下加工，也可以從下往上加工，在保持順銑的狀態下，加工方向改變螺紋的旋向，此處和車削加工螺紋時車刀軸向移動方向影響螺紋旋向道理一樣。螺紋銑刀都為右旋，加工內螺紋時，從下往上加工為右旋，從上往下加工為左旋，加工外螺紋時候，從上往下加工為右旋，從下往上加工為左旋。2.3加工軌跡的設計。當用刀刃長度大于螺紋要求長度螺紋銑刀銑螺紋時，傳統方法是銑刀旋轉1.2~1.5圈加工螺紋[7]，但是這種情況下刀具點位計算麻煩，程序可讀性差，如果能夠只旋轉1圈的話，刀具軌跡點位可設計為對稱狀，點位也為對稱值，直觀性更好，但是在剛好旋轉一周的情況下如何有效保證螺紋質量，是需要解決的問題。要提高數控加工的效率，提高刀具使用壽命，不僅要選擇合理的切削參數，同時切削的平穩性也至關重要[8]，在螺紋銑削時進刀軌跡顯著影響切削的平穩性，合理的進刀軌跡顯得尤為重要。因此，沿圓弧切向進刀是比較好的方式，進刀軌跡的半徑與實際切削半徑差值越小切削越平穩，從切削安全性和平穩性綜合考慮，該差值為兩倍螺距。螺紋切削軌跡在XY平面投影視圖如圖2所示。如上圖所示，各參數說明如下：加工內螺紋時候，刀具在孔圓心處下刀和抬刀，下刀點和進刀點之間為直線段，該段帶刀補（G41），然后圓逆時針圓弧進刀，旋轉一周，再圓弧切向退刀，退刀點和抬刀點為直線，該段取消刀補（G40），刀具抬安全平面加工結束。加工外螺紋時候，刀具在軸外側下刀和抬刀，下刀點和進刀點之間為直線段，該段帶刀補（G41），然后圓順時針圓弧進刀，旋轉一周，再圓弧切向退刀，退刀點和抬刀點為直線，該段取消刀補（G40），刀具抬安全平面加工結束。加工內、外螺紋時刀具進退刀均為1/4圓弧，且刀具軌跡在XY平面對稱布置。由于銑螺紋時是在刀具確定的情況下進行，那么螺紋形狀僅由加工軌跡確定，由于進刀圓弧半徑和實際切削半徑值不等，因此，必須保證進刀曲線和螺紋切削的螺旋線保持斜率一致。以右旋內螺紋加工為例，將切削軌跡在XZ平面上展開圖如圖3所示。如上圖所示，各參數說明如下：由圖3可知，螺紋切削時旋轉一周，刀具在Z上移動距離為螺距P，在進刀圓弧曲率和螺紋切削軌跡曲率相等的情況下可得到以下計算公式：因此，在計算外螺紋銑削進退刀是Z值的變化與此類似，不再贅述。綜上所述，螺紋類型與銑削軌跡的關系如表1所示，螺紋銑削軌跡圖如圖4所示。2.5軌跡設計的優點。螺紋進退刀為圓弧切入切出，切削平穩，且進退刀半徑與正式切削軌跡半徑差2P，在切削軌跡旋轉一圈的情況下能夠有效的保證加工質量，避免了常規直進直出時需要旋轉1.2~1.5圈的情況。軌跡是基于刀具正轉，順銑而設計的，符合常規加工習慣，且保證了不管加工內螺紋還是外螺紋，刀具補償均為左補償（G41），加工時均由正向負帶刀補，極大減少出錯概率。加工螺紋時候僅通過加工方向控制螺紋的旋向，而不是刀具和加工軌跡旋轉方向綜合確定，簡單明確。軌跡所有尺寸均與參數相關、圖形為軸對稱布置，且內外螺紋加工軌跡從結構上保持了一致性，便于利用宏程序快速實現不同螺紋程序的編制。

3程序的自動生成

3.1快速生成程序的方法。要快速的生成程序，可以通過宏程序和開發自動編程軟件兩種方式。宏程序可以通過用戶修改參數實現螺紋程序的快速生成，但是程序直觀性差，對工人的技能水平要求較高。通過開發自動編程軟件將所有的中間計算過程，以及軌跡規劃等全部集成在軟件中，通過用戶輸入參數，直接輸出程序，效率會更高，程序可讀性更好。3.2程序流程。為了實現快速編制螺紋程序，首先通過用戶輸入螺紋類型、刀具直徑、螺距、螺紋有效長度等參數，然后程序自動將基本參數轉換為螺紋切削軌跡的相關節點數據，最后以Output方式打開文件流，用以保存程序數據，文件打開后通過調用Print#函數向文件中逐行輸出程序，至此整個流程結束。在后處理螺紋程序時候，程序原點選在需要制螺紋的孔或軸頂面圓心處。該方式下編制螺紋銑削程序僅需要用戶輸入相關參數即可，其余全部由程序自動完成，有效的保證了程序質量。程序流程圖如圖5所示。利用該工具使用D10×1.5螺紋銑刀，生成M22×1.5-L14的右旋內螺紋銑削程序，其余三種類型的螺紋加工程序與此類似。3.3窗體設計與調用。Excel提供了VBA編輯器，通過按快捷鍵“Alt+F11”調出編輯器，用戶可以自定義窗體，通過窗體實現參數的輸入。窗體設計如圖6所示。在程序輸出時候，需要選擇程序的存放地址，推薦采用Application.FileDialog（fileDialogType）方式，該方式為Excel的自帶屬性，不需要添加其它控件，如利用comdialog控件，可能發生程序移植其它電腦由于控件缺乏無法運行的情況，文件夾地址獲取函數如下：PublicFunctionLFolderPicker()AsStringOnErrorResumeNextWithApplication.FileDialog(msoFileDialogFolderPicker).Title=“選擇文件夾”'設置窗體名稱.Show'顯示窗體LchUseFileDialogFolderPicker=.SelectedItems(1)'獲取文件夾地址EndWithEndFunction在完成開發后，需要將文件另存為.xla的加載宏格式，放入系統的AddIns文件夾下，然后執行菜單命令“工具—加載項”勾選需要加載的.xla文件。這樣在每一次啟動Excel的時候程序后臺都會運行加載宏文件[10]。通過系統宏調用自定義窗體，宏函數的設置如下：SubMyTool（）Myform1.show'顯示自定義窗體Endsub為提高宏調用的效率，可以通過執行菜單命令“工具—自定義”，在自定義對話框中將對應的宏命令加入工具欄中以方便隨時調用。

4結論

本文基于螺紋銑削原理進行分析，結合加工工藝性，提出了一種優化的螺紋軌跡銑削方案，并通過利用帶刀補的螺旋線插補銑進行螺紋加工，具有程序可讀性好，螺紋尺寸易于調節的特點，解決了UG，CATIA等編程軟件生成螺紋加工程序多為直線插補軌跡，存在可視性差，操作不便等問題。最后通過Excel二次開發螺紋程序自動生成工具，將相應工藝方法集成在軟件中，實現了參數式編程，具有操作方便、編程效率高的特點。

作者:韋煜萍 李成華 吳奉明 陳偉 莫建勇 單位:航空工業成都飛機工業（集團）有限責任公司