一种变螺距螺钉的运算加工方法
阅读说明：本技术 一种变螺距螺钉的运算加工方法 (Calculation machining method for variable-pitch screw ) 是由 姚力军 张桐滨 周文 程忠飞 张亚飞 何思斌 于 2021-07-19 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种变螺距螺钉的运算加工方法,所述的运算加工方法包括如下步骤：(Ⅰ)根据变螺距螺钉的设计要求,对初始参数进行宏变量赋值；(Ⅱ)根据宏变量赋值计算加工变量,基于加工变量编制车削加工宏程序并输入至车削机床中；(Ⅲ)车削机床对原料坯分段加工出变螺距螺纹,得到所述的变螺距螺钉。本发明提供的变螺距螺钉自动运算加工方法,将有效解决数控编程人员工作量,经过数控编程人员对程序校验和现场一个规格调试后,可正常批量量产,中途改变规格时无需另外编程及调试,从而提升产品质量及生产效率。(The invention provides an arithmetic processing method of a variable-pitch screw, which comprises the following steps: carrying out macro variable assignment on initial parameters according to the design requirements of the variable-pitch screw; (II) calculating a machining variable according to the macro variable assignment, and compiling a turning macro program based on the machining variable and inputting the turning macro program into a turning machine tool; (III) machining the variable-pitch thread on the raw material blank by the turning machine tool in a segmented manner to obtain the variable-pitch screw. The automatic operation processing method for the variable-pitch screw, provided by the invention, can effectively solve the workload of numerical control programmers, can realize normal batch volume production after program verification and field specification debugging of the numerical control programmers, and does not need additional programming and debugging when the specification is changed midway, thereby improving the product quality and the production efficiency.)
技术领域
本发明属于螺钉加工
技术领域
，涉及一种变螺距螺钉的运算加工方法。背景技术
目前通用全螺纹螺钉、半螺纹加压螺钉用于治疗骨折(腕骨四骨融合，头状骨，月状骨关节固定术，近端桡骨关节融合，桡骨头骨折，粗隆骨折，胫骨平台骨折，大关节骨折，创伤撕裂等)。几十年来，各种各样的规格螺钉在不断更新和发展中，但每种螺钉均有本身的优缺点，例如半螺纹加压钉可用于关节内骨折之位加压，但它使用范围有限，特别在折骨复合后，螺钉取出困难。而对于全螺纹螺钉虽骨折复位后容易取出，但使用范围较窄，从而阻碍了其在临床上应用。
变螺距螺钉目前已成熟应用于指、掌骨骨折治疗当中，例如，CN202490012U公开了一种渐进式连续变螺距螺钉，包括螺钉头、螺钉体和螺钉尾，该螺钉为空心，由螺钉头至螺钉尾上成型有全螺纹，且螺距由小到大，螺钉头或无螺钉头和螺钉尾分别沿圆周均匀分布有切割槽，螺钉尾呈球状。
目前医疗器械领域内加工变螺距螺钉的方式多为采用自动车床(走芯机)，但由于变螺距螺钉的规格及长度种类繁多，目前市面上编程软件智能化程度不高，造成数控加工编程人员工作量大，生产车间调试人员调试频繁，出差错概率大幅度提升，不利于产品质量控制及生产效率。对数控编程人员带来巨大的工作量，同时对数控编程人员的水平也提出更高的要求。
目前对变螺距螺钉编程时，针对不同长度规格的螺钉都需要编程，因此给编程人员带来巨大的工作量，且编程出差错概率大，更不利于现场调试及修改。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种变螺距螺钉的运算加工方法，大幅降低了数控编程人员工作量，经过数控编程人员对程序校验和现场一个规格调试后，可正常批量量产，中途改变规格时无需另外编程及调试，从而提升产品质量及生产效率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种变螺距螺钉的运算加工方法，所述的运算加工方法包括如下步骤：
(Ⅰ)根据变螺距螺钉的设计要求，对初始参数进行宏变量赋值；
(Ⅱ)根据宏变量赋值计算加工变量，基于加工变量编制车削加工宏程序并输入至车削机床中；
(Ⅲ)车削机床对原料坯分段加工出变螺距螺纹，得到所述的变螺距螺钉。
本发明提供了一种变螺距螺钉的运算加工方法，通过编写一种包含原料坯中所有元素的加工程序段的宏程序，进行变螺距螺钉的量产加工，使一个宏程序可以对不同形状不同尺寸的原料坯进行加工得到变螺距螺钉，减少了原料坯形状变化时重新开发程序占用的大量时间，同时也杜绝了多程序占用系统内存影响机床响应速度和调错程序的可能，大幅降低了数控编程人员工作量，经过数控编程人员对程序校验和现场一个规格调试后，可正常批量量产，中途改变规格时无需另外编程及调试，从而提升产品质量及生产效率。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的变螺距螺钉包括本体，所述本体由依次对接的锥体和柱体组成，所述锥体和柱体的对接面记为交界环面，所述本体外表面由头部端面开始，向尾部端面分段车削，加工形成变螺距螺纹。
作为本发明一种优选的技术方案，所述锥体的外周加工形成的变螺距螺纹由头部端面至尾部端面分为第一螺纹段和第二螺纹段。
所述第一螺纹段的螺纹齿顶位于同一圆柱面，所述第一螺纹段的螺纹齿高相同。
所述的柱体外周加工形成的变螺距螺纹由头部端面至尾部端面分为第三螺纹段、第四螺纹段和第五螺纹段。
所述第三螺纹段的螺纹齿高相同；所述第四螺纹段的螺纹齿顶位于同一锥面，所述锥面的小端位于第三螺纹段，所述锥面的大端位于第五螺纹段；所述第五螺纹段的螺纹齿高相同且均高于第三螺纹段的螺纹齿高。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤(Ⅰ)中，需要进行宏变量赋值的加工变量包括总长L、头部螺距P1、尾部螺距P2、头部端面至交界环面间的距离D、单个螺纹牙宽Z和刀具宽度U。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤(Ⅱ)中，根据宏变量赋值计算的加工变量包括：螺纹总圈数Q、螺距渐变量B、交界环面处的螺距△P、交界环面处的螺纹圈数S、交界环面处的螺纹总长W、头部端面的螺纹加工位置N0、螺纹起始加工牙Kx、每段螺纹的起始螺距Px、每段螺纹的起始加工位置Nx，每段螺纹的加工牙数△K，头部端面到其中一段螺纹结束点的距离Lx以及借刀宽度H。
头部端面的螺纹加工位置N0是指在加工第一螺纹段时，车削刀具的入刀位置。
在每一段螺纹段加工结束后，均调用宏程序，重新计算下一段螺纹的起始加工牙Kx、下一段螺纹的起始螺距Px以及下一段螺纹的起始加工位置Nx。
优选地，每段螺纹的加工牙数△K＝5。
作为本发明一种优选的技术方案，螺纹总圈数Q根据式(1)计算：
其中，FUP是指对计算结果进行向上取整。
优选地，每圈螺距的渐变量B根据式(2)计算：
作为本发明一种优选的技术方案，交界环面处的螺距△P根据式(3)计算：
优选地，交界环面处的螺纹圈数S根据式(4)计算：
优选地，交界环面处的螺纹总长W根据式(5)计算：
作为本发明一种优选的技术方案，螺钉头部加工位置N0根据式(6)计算：
N0＝L-D-W 式(6)。
优选地，每段螺纹的起始螺距Px根据式(7)计算：
其中，在车削第一螺纹段时，Kx取1；此后每段螺纹在车削前，调用宏程序，根据式(8)重新计算螺纹起始加工牙Kx：
Kx＝Kx-1+△K-1 式(8)。
其中，Kx-1表示第x段的上一段螺纹的起始加工牙；
优选地，每段螺纹的起始加工位置Nx根据式(9)计算：
作为本发明一种优选的技术方案，端面到其中一段螺纹结束点的距离Lx根据式(10)计算：
优选地，螺纹牙借刀宽度H根据式(11)计算：
H＝Px-Z-U 式(11)。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤(Ⅲ)具体包括如下步骤：
(1)在宏程序的控制下，车削刀具由螺钉头部加工位置N0进刀，按照设定的头部螺距P1加工第一螺纹段的起始螺纹，随后按照每圈螺距的渐变量B完整加工出第一螺纹段，完成加工牙数△K的螺纹数量后停止；
(2)调用宏程序重新计算第二螺纹段起始加工牙Kx，并根据Kx重新计算第二螺纹段的起始螺距Px以及第二螺纹段的起始加工位置Nx，车削刀具由Nx进刀，按照Px加工第二螺纹段的起始螺纹，随后按照每圈螺距的渐变量B完整加工出第二螺纹段，完成加工牙数△K的螺纹数量后停止；
(3)重复步骤(2)，依次加工形成第三螺纹段、第四螺纹段和第五螺纹段，得到所述的变螺距螺钉；
在车削过程中，当车削至交界环面处时，按照交界环面处的螺距△P、交界环面处的螺纹圈数S以及交界环面处螺纹圈数的总长W进行车削加工。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种变螺距螺钉的运算加工方法，通过编写一种包含原料坯中所有元素的加工程序段的宏程序，进行变螺距螺钉的量产加工，使一个宏程序可以对不同形状不同尺寸的原料坯进行加工得到变螺距螺钉，减少了原料坯形状变化时重新开发程序占用的大量时间，同时也杜绝了多程序占用系统内存影响机床响应速度和调错程序的可能，大幅降低了数控编程人员工作量，经过数控编程人员对程序校验和现场一个规格调试后，可正常批量量产，中途改变规格时无需另外编程及调试，从而提升产品质量及生产效率。
附图说明
图1为本发明一个
具体实施方式
提供的变螺距螺钉的结构示意图。
其中，1-锥体；2-柱体；3-第一螺纹段；4-第二螺纹段；5-第三螺纹段；6-第四螺纹段；7-第五螺纹段；8-交界环面。
具体实施方式
需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在一个具体实施方式中，本发明提供了一种变螺距螺钉，所述的变螺距螺钉如图1所示，包括本体，本体由依次对接的锥体1和柱体2，锥体1和柱体的对接面记为交界环面8，本体外表面由头部端面开始，向尾部端面分段车削，加工形成变螺距螺纹。
锥体1外周加工形成的变螺距螺纹由头部端面至尾部端面分为第一螺纹段3和第二螺纹段4。第一螺纹段3的螺纹齿顶位于同一圆柱面，第二螺纹段4的螺纹齿高相同。柱体2外周加工形成的变螺距螺纹由头部端面至尾部端面分为第三螺纹段5、第四螺纹段6和第五螺纹段7。第三螺纹段5的螺纹齿高相同；第四螺纹段6的螺纹齿顶位于同一锥面，锥面的小端位于第三螺纹段5，锥面的大端位于第五螺纹段7；第五螺纹段7的螺纹齿高相同且均高于第三螺纹段5的螺纹齿高。
需要说明的是，图1中本体与螺纹之间的比例关系有误，实际上，本体外周的螺纹尺寸较小且密，远非图中展示的尺寸关系，附图仅用于辅助理解各螺纹段的位置关系，请勿带入尺寸上的比例关系。
在一个具体实施方式中，本发明提供了一种上述变螺距螺钉的运算加工方法，所述的运算加工方法包括如下步骤：
S1、根据变螺距螺钉的设计要求，对初始参数进行宏变量赋值；需要进行宏变量赋值的加工变量包括总长L、头部螺距P1、尾部螺距P2、头部端面至交界环面8间的距离D、单个螺纹牙宽Z和刀具宽度U，在正式加工开始前，需要操作人员将以上参数预先输入到机床程序中；
S2、根据宏变量赋值计算加工变量，包括：螺纹总圈数Q、螺距渐变量B、交界环面8处的螺距△P、交界环面8处的螺纹圈数S、交界环面8处的螺纹总长W、头部端面的螺纹加工位置N0、螺纹起始加工牙Kx、每段螺纹的起始螺距Px、每段螺纹的起始加工位置Nx，每段螺纹的加工牙数△K，头部端面到其中一段螺纹结束点的距离Lx以及借刀宽度H，各加工变量的计算公式如下：
螺纹总圈数Q根据式(1)计算：
其中，FUP是指对计算结果进行向上取整。
优选地，每圈螺距的渐变量B根据式(2)计算：
作为本发明一种优选的技术方案，交界环面8处的螺距△P根据式(3)计算：
优选地，交界环面8处的螺纹圈数S根据式(4)计算：
优选地，交界环面8处螺纹圈数的总长W根据式(5)计算：
作为本发明一种优选的技术方案，螺钉头部加工位置N0根据式(6)计算：
N0＝L-D-W 式(6)。
优选地，每段螺纹的起始螺距Px根据式(7)计算：
其中，在车削第一螺纹段时，Kx取1；此后每段螺纹在车削前，调用宏程序根据式(8)重新计算螺纹起始加工牙Kx：
Kx＝Kx-1+△K-1 式(8)。
其中，Kx-1表示第x段的上一段螺纹的起始加工牙；
优选地，每段螺纹的起始加工位置Nx根据式(9)计算：
作为本发明一种优选的技术方案，端面到其中一段螺纹结束点的距离Lx根据式(10)计算：
优选地，螺纹牙借刀宽度H根据式(11)计算：
H＝Px-Z-U 式(11)。
S3、基于上述加工变量编制车削加工宏程序并输入至车削机床中，具体的车削加工宏程序见表1，需要说明的是，由于完整的宏程序内容较多，本发明仅截取了其中部分主要程序内容；
S4、在宏程序的控制下，车削刀具由螺钉头部加工位置N0进刀，加工第一螺纹段，按照设定的头部螺距P1加工第一螺纹段的起始螺纹，随后按照每圈螺距的渐变量B加工出第一螺纹段，完成加工牙数△K的螺纹数量后停止；
S5、调用宏程序重新计算第二螺纹段起始加工牙Kx，并根据Kx重新计算第二螺纹段的起始螺距Px以及第二螺纹段的起始加工位置Nx，车削刀具由Nx进刀，按照Px加工第二螺纹段的起始螺纹，随后按照每圈螺距的渐变量B加工出第二螺纹段，完成加工牙数△K的螺纹数量后停止；
S6、重复步骤S5，依次加工形成第三螺纹段、第四螺纹段和第五螺纹段，得到所述的变螺距螺钉；
在车削过程中，当车削至交界环面8处时，按照交界环面8处的螺距△P、交界环面8处的螺纹圈数S以及交界环面8处螺纹圈数的总长W进行车削加工。
表1
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。