浅析基于 FANUC和 SIEMENS数控系统车削加工圆柱螺纹

浅析基于 FANUC和 SIEMENS数控系统车削加工圆柱螺纹

刘刚

沈阳飞机工业（集团）有限公司 辽宁沈阳 110850

摘要：为了能够提升圆柱螺纹加工精度，本文重点阐述FANUC和SIEMENS调控数控系统复合循环指令在圆柱螺纹加工指令，分析两种数控系统车削加工要点、注意事项，旨在提升FANUC和SIEMENS数控系统车削质量。

关键词：FANUC；SIEMENS；数控系统；车削加工；圆柱螺纹

引言

在圆柱螺纹车削加工过程中，普通车床车削的切削量较大，要进行多次切削加工，提高了切削精度要求，并且会导致大量材料，难以保证圆柱螺纹切削质量。在数控车床中应用复合循环加工指令，可以有效减少圆柱螺纹切削量，并且生产精度非常高，复合循环指令在实际应用中操作便捷，成为数控车削圆柱螺纹的重要途径，在圆柱螺纹生产当中，不仅能够保证螺纹生产率，同时还可以提升圆柱螺纹生产质量。

FANUC数控系统车削加工圆柱螺纹

FANUC数控系统中可以采用四种格式，包括G32、G34、G76、G92。

1.1螺纹加工指令

1.1.1变螺距螺纹车削

变螺距螺纹是指变螺距圆柱螺纹、变螺距圆锥螺纹，在变速传动场合中应用十分广泛。变螺距螺纹的基本导程为3mm，螺纹的导程增量增加1mm，属于变螺距类型槽等宽、牙不等距螺纹。在加工过程中必须要转动主轴，打开主轴的恒转动功能，横纵轴方向进行退刀程序的调用，确保整个程序的简洁性。

1.1.2多螺纹加工车削

多头螺纹在工业领域中应用非常广泛，如瓶盖的内螺纹等，旋入、旋出的速度更快，也是圆柱螺纹的重要种类。G32、G92、G76三个程序都可以用作多头螺纹加工，但G32程序较为繁琐，这是因为G32加工路径简单，每走一步都要确定横纵坐标点；G92是循环加工程序，可以有效简化重复的路径；G76程序结构看似简单，但编程难度较高。在程序选择中，要根据刀尖角度、倒角量、精加工次数、刀具切削性能、精车余量^[1]。在圆柱螺纹大批量生产当中，G92循环加工程序的应用最为广泛。

1.2G92程序下螺纹加工的要点

螺纹工件直径。螺纹牙型加工中存在一定的膨胀系数，如螺纹工件在加工前直径为D-0.1P，表示螺纹直径减去0.1倍螺距，0.1是一个范围系数，不同材质的螺纹变形量范围在0.1-0.5之间。

螺纹牙深。通常在圆柱螺纹加工前，都要根据手册内容判定螺纹大径、中径、小径、牙深等参数。对于螺纹加工精度要求不太高的工件，可以按照以下方法计算：牙型角60°螺纹牙深为0.6495P；牙型角30°梯形螺纹牙深0.5P+0.25；牙型角55°的螺纹牙深为0.6403*（25.4/每吋牙数）。

主轴加工速率。在螺纹车削过程中，螺纹螺距大小、伺服电机升降率、螺纹插补运算速度会直接影响到主轴转速。为了同时满足切削质量要求和效率要求，不能选择过高的主轴转速。对于常见的圆柱螺纹加工来说，数控机床主轴转速可按照下列公式计算^[2]：

N≤1200/P-K

式中，P表示螺纹螺距（mm）；K表示保险系数（通常取值为80）

升降退速刀距离。为了避免加速、减速中切削螺纹，要在系统中设定引入距离、超越距离，负责升速进到段、减速退刀段。通常引入距离范围取值为2-5mm，大螺距、高精度螺纹加工要取最大值；而超越距离通常为引入距离的1/4，如果螺纹收尾部位没有退刀槽，可以采用45°退刀收尾方法。

进刀次数和吃刀量。螺纹要进行多次加工，不能一次进刀完成，所以要控制进刀次数、每次吃刀量，这两项参数会直接影响螺纹加工质量和效率。

车刀安装高度。车刀过高、过低会直接影响螺纹加工质量，如扎刀、崩刀、啃刀。如果是采用粗车、半精车，相比工件中心可将车道安装高一些。螺纹精车刀相比工件轴线等高稍低一些，不得高于轴线。稍高或稍低要适度，通常不超过工件直径的1%。

对刀。螺纹车削对刀可以分为两种方法，一是试切法对刀；二是仪器自动对刀。其中，试切法对刀主要是对工件试切，测量工件的直径。试验法对刀对Y轴限制不严格，根据编程加工要求进行调整。而自动对刀法通常适用于高精度工件加工当中，大批量生产很少采用。

1.3G92指令原理

G92指令让编程更加简化，提高了数控机床的加工效率，G92作为一种直切式方法，适用于1.5mm以下螺纹车削。同时螺距非常小、螺纹高度中等，不会给排屑、散热造成过大的影响。

SIEMENS数控系统车削加工圆柱螺纹

2.1指令与重要参数

SIEMENS系统依然采用循环切削指令CYCIE97，提高重复车削的便捷性，适合大批量中高精度生产。其主要加工参数包括：螺距、螺纹大径尺寸；纵向轴上螺纹起始点位置；纵向轴中螺纹终止点位置；起始点与终止点螺纹直径；空刀导入与退出量；螺纹深度与加工余量；切入进给角；粗加工切削量；停顿数量；螺纹加工类型；螺纹起始点偏移；螺纹起始数量。

2.2注意事项

切入进给角使用参数，也就是螺纹的切入角。如果切入的角度合适，则螺纹切入角参数应该为零。如果是沿着侧面切削，则螺纹切入角参数应该为刀具尖角设定值的1/2。

螺纹起始点偏移值的取值范围在0-359.999°（无法真正达到360°），并确定螺纹线数。

粗加工切削数量是指精加工余量去除后的材料，在后续多次切削环节中将其去除。

2.3加工工艺

如在SIEMENS系统中私用CYCLE97指令编制工件外角螺纹M30*15程序中，需要先用三爪自定心卡盘，将毛坯铝棒装夹牢固，直径和长度分别为48mm、70mm。粗车外部轮廓中，预留径向精加工余量0.4mm，轴向精加工余量为0.1mm 。外螺纹切削当中，粗加工和精加工分别要进行6次、1次，还要进行3次修光^[3]。加工工艺程序设置流程为：（1）设定程序名；（2）调用刀具；（3）设定螺纹加工转速；（4）循环起点定位；（5）CYCLE97程序退刀，输入参数为：螺距、螺纹大径、Z起始点和终止点、起始点和终止点螺纹直径、空刀导入量和退出量、螺纹深度、切入角、起始点偏移、精工余量、粗加工次数、加工类型、停顿次数、螺纹数量；（6）程序结束。

结束语

综上所述，FANUC和SIEMENS数控机床车削圆柱螺纹相比普通车削圆柱螺纹相比，车削程序更加简单、生产效率更高、生产精度可以保证，可以有效使用工件变化，如果需要更换工件只需要重新调用程序即可，科学调整刀具即可车削出合格零部件，不仅有助于降低成本，还可以提高生产率，适用性非常强。

参考文献

[1]陶俊. 基于FANUC和SIEMENS数控系统车削加工圆柱螺纹[J]. 煤矿机械, 2012(11):135-136.

[2]刘晓超, 尹国柱. FANUC系统螺纹车削循环指令应用分析及比较研究[J]. 科技创新与应用, 2014(26):73-74.

[3]马万里. FANUC系统数控车床加工螺纹浅析[J]. 山西冶金,2016(6):44-46.