瓶口模具特殊螺纹的数控车削

1 问题的提出

通常，矿泉水、可乐等饮料瓶或食用油及其它生活用液体物盛装瓶的瓶盖，瓶口为螺纹连接方式，且其中大部分为特殊螺纹。其特殊性表现在收头收尾、分段、分段收头收尾、收短头收短尾等方面，有时甚至是几个特征综合在一起。收头收尾是一个专业的俗称，又叫做螺纹螺旋线收头收尾或老鼠尾，意指一段螺纹，在螺距不变的情况下，开始部分由浅而深，逐渐变“ 粗”，结束部分由深而浅，逐渐变“ 细”。常见收头收尾往往在1/3周～1 周内完成。在1/3周内甚至1/10周内“ 迅速”完成的收头收尾称作收短头收短尾。而常见的螺纹因有进刀槽、退刀槽，往往只见螺纹的中间部分，不见头尾。这种带有特殊螺纹的塑料瓶的用量之大不言而喻，以至我国模具之乡—黄岩有上百家的模具厂及模具加工个体户专业生产这类塑料瓶模具。这种模具加工的技术难点之一就是特殊螺纹的加工。许多厂家尝试过手工、电加工、铣削(包括数控铣削)、铸造等加工方式，效果均不理想。

目前，高档数控设备中，单台价格在七八十万元的全功能数控车床或立式加工中心还不能直接加工这类特殊螺纹，只有带动力刀塔的车削中心及带复杂工装或者数控旋转轴的立式加工中心才有解决的可能性，但要最终解决，单就数控编程而言，其难度相当大，只有数学功底厚实、富有经验的高级编程人员才能完成。因此，不利于中小企业。

那么，如果能开发一种单价在十来万元的专用数控车床，既能作为一般数控车床用，又能加工这些特殊螺纹，其市场前景及社会效益显然是乐观的。为此，我们进行了下述研究。

2 数控车床车削一般螺纹的处理方式

为了找到突破口，应首先了解和分析数控车床车削一般螺纹的过程：

如

收头收尾是在助跑与降速段之外，在恒速段两端，即B-E和F-C段。

实际上，收头收尾段B-E及F-C段内也有助跑与降速，只是因为X向运动链的机械惯量比Z向小多了，所以响应快，升降速就快而短。同时，因为是Z轴在确保螺距，这时的升降速无论对视觉效果或是使用效果均无明显影响，一般不做专门考虑。

收头收尾时一个值得注意的问题是，同一时间内，X向的指令脉冲数不宜过分大于Z向的指令脉冲数，因为车削螺纹时的核心问题是确保螺距正确，Z轴为主运动，重点是Z轴的运算，X轴只能作为“穿插”而已，如果“穿插”过分，会影响控制器的处理速度与能力。我们从

如第一是X轴的电子齿轮切换信号和见编程尺寸的“视20为1”的处理与复原；第二是每一刀的助跑段、减速段的处理与每一段的收头收尾、正常加工、空出阶段的分段处理与循环处理；第三是多刀次加工的分刀工艺，分起刀阶段、中间阶段、结束阶段，如何处理进刀量。设计步骤是先列出问题清单，整理出一条一条的解决方法，再编制成数控系统的内部支持软件。我们最终用G77作为此类特殊螺纹的专用数控加工指令，给出的专用指令格式如下：

G77 P(a)(b)(c) Q(d)(e)(f) R(g)(h)(i)
G77 X(j) Z9r) P(m)(n) Q(o)(p) F(q)

说明如下：

G77为专用指令代码，数控系统读到此指令后先发电子齿轮比切换信号，进行20变1的数据处理工作，然后开始处理一系列专门工作，并在结束后复原。“()”中的a、b、c……q分别表示如下尺寸数据或工艺数据(未按顺序，也未列全)。如：每段螺纹收头部分、中间部分(正常切削部分)、收尾部分、空出部分所对应圆心角；收头收尾时X轴进给量；每刀分段重复次数；第一刀吃刀量；最后一刀吃刀量；总吃刀量；精加工余量；精加工重复次数；螺纹外径；螺纹半径差；螺距等等。

给出以上专用指令代码后，操作工在具体编程时，如果需要请求帮助，系统显示器上会有提示内容，编程序就象填表一样方便。

6 试验结果

针对上述问题，已从各方面做了大量的工作，包括试验与修改，以及相关厂家配合与支持。现在，该种特殊螺纹的数控车削设备已市场化并已投入运行，使用效果良好，基本上实现了预期的目标。