利用宏程序加工大導(dǎo)程螺桿

陳津紅，王春光

秦皇島技師學(xué)院機(jī)械加工系， 河北秦皇島 066000

0 引言

大導(dǎo)程螺桿是指導(dǎo)程大，牙槽深并且形狀多為圓弧形或公式曲線的螺桿。在各種大型榨油機(jī)、榨汁機(jī)、及螺桿空壓機(jī)上被廣泛使用。因其形狀特殊，加工余量大，在實(shí)際加工時(shí)有一定難度，特別是在維修時(shí)單件生產(chǎn)體現(xiàn)的更明顯。筆者在實(shí)際生產(chǎn)中曾遇到過幾種螺桿，形式各不相同，有變導(dǎo)程的、有變直徑的、有圓槽的也有橢圓槽的。

下面以最典型的橢圓槽螺桿為例介紹一下在加工中總結(jié)的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。如圖一所示，螺桿螺距p=40mm，橢圓槽型的數(shù)學(xué)表達(dá)公式為x/152+y/52=1。長、短半軸數(shù)值均不大，但是采用G 代碼編程已經(jīng)不能完成加工，此時(shí)宏程序就派上用場(chǎng)。

2 零件圖紙工藝分析

工件加工時(shí)提供的毛坯是Φ80×200 的40Gr 圓鋼材料，用車床加工毛坯臺(tái)階，然后加工螺旋槽。加工完畢后牙槽寬30mm，牙槽深5mm，螺距p=40mm。

槽內(nèi)表面質(zhì)量精度Ra1.6。材料切削難度不大，但螺距很大，牙槽雖不深，但加工量很大。

3 加工方法的選擇

從工件的形狀上分析，我們可以采用3 種加工方案：

1）數(shù)控車床加工，利用數(shù)控車床的螺紋功能和變量編程功能，通過改變螺紋起刀點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)加工。但因加工吃刀深，產(chǎn)生的扭矩大，可能會(huì)使工件發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)移位，加工震動(dòng)也比較大，最主要是螺距大，螺旋升角大會(huì)降低刀具強(qiáng)度，這會(huì)使加工難于進(jìn)行，即使能進(jìn)行也只能是低效率；

2）數(shù)控工具磨床加工，類似于刀具刃磨的加工方式，加工成本高；

3）四軸加工中心加工，利用第四軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)給配合縱向進(jìn)給完成單刀加工，利用切入點(diǎn)的縱向與Z 向有規(guī)律變化實(shí)現(xiàn)輪廓成型，此加工方法刀具簡(jiǎn)單，使用常見的高速鋼立銑刀粗加工，硬質(zhì)合金球頭銑刀精加工輪廓，夾具也簡(jiǎn)單，利用旋轉(zhuǎn)軸上的三爪卡盤就行。為了保證表面粗糙度，就要求提高工藝系統(tǒng)的剛性，刀具伸長量要嚴(yán)格控制，以能完成加工的前提下，盡量短為標(biāo)準(zhǔn)，否則，表面質(zhì)量將難以保證。根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況，我選用了第三種方法。

4 編寫程序

在加工方法安排好以后，要解決的問題就是走刀路線和程序編寫了，經(jīng)過分析確定走刀路線如圖二，我們通過四軸加工中心的A 軸旋轉(zhuǎn)與X 軸平動(dòng)來合成螺旋運(yùn)動(dòng)，在通過橢圓的參數(shù)方程角度變量的賦值運(yùn)算出坐標(biāo)值，并以此作為螺旋運(yùn)動(dòng)起點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)起點(diǎn)隨變量值變化，變化規(guī)律恰好是橢圓的輪廓線。運(yùn)動(dòng)起點(diǎn)每變化一次，完成一次螺旋運(yùn)動(dòng)，所有的螺旋運(yùn)動(dòng)完成之后，運(yùn)動(dòng)軌跡擬合的曲面就是螺旋槽了。

縱向進(jìn)給示意圖

現(xiàn)行的數(shù)控程序的編制中，主要有兩種編程方式：手工編程、自動(dòng)編程。目前自動(dòng)編程運(yùn)用得越來越廣泛了，它大大節(jié)省了編程時(shí)間，減輕了操作工的勞動(dòng)量，具有很強(qiáng)的可靠性；但手工編程在某些領(lǐng)域也是不可或缺的，手工編程至少在此以下幾方面有著自己的優(yōu)勢(shì)：其一，合理的手工程序加工效率高于自動(dòng)編程；其二，熟悉手工編程，可以修改自動(dòng)程序，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化；其三，自動(dòng)編程的走刀路線限制了加工工藝，通過手工編程能彌補(bǔ)其不足。在手工編程過程中，用戶宏程序能極大提高程序編制和加工的效率，因此，我們?cè)跀?shù)控教學(xué)及實(shí)訓(xùn)過程中，要把用戶宏程序的編制作為數(shù)控教學(xué)的重要內(nèi)容之一。從歷年全國數(shù)控大賽的試題中也不難發(fā)現(xiàn)，用戶宏程序的編制是運(yùn)用得極其頻繁的。 宏程序中的變量與運(yùn)算關(guān)系列出如下：

1） 變量

（1）局部變量 #1-#33

一個(gè)在宏程序中局部使用的變量，其運(yùn)算結(jié)果其他程序不可使用。

例：在一個(gè)宏程序中

#10=20 X#10 表示X20

另一個(gè)宏程序中則不起作用

斷電后清空，調(diào)用宏程序時(shí)代入變量值

（2）公共變量。早期（#100-#149，#500-#531 ）、新系統(tǒng)（#100-#199，#500-#999）

各用戶宏程序內(nèi)公用的變量 ，其運(yùn)算結(jié)果任何程序調(diào)用都相同。

例：上例中#10 改用#100 時(shí)，其它宏程序中的依然起作用

#100-#149 斷電后清空

#500-#531 保持型變量（斷電后不丟失）

2）條件式

#j EQ#k 表示=

#j NE#k 表示≠

#j GT#k 表示>

#j LT#k 表示<

#j GE#k 表示≥

#j LE#k 表示≤

3）運(yùn)算公式#I=#JOK#k

#I=#JXOK#k

#I=#JAND#k

#I=SIN[#j] 正弦

#I=COS[#j] 余弦

#I=TAN[#j] 正切

#I=ATAN[#j] 反正切

#I=SQRT[#j] 平方根

#I=ABS[#j] 絕對(duì)值

#I=ROUND[#j] 四舍五入化整

#I=FIX[#j] 上取整

#I=FUP[#j] 下取整

#I=BIN[#j] BCD →BIN（二進(jìn)制）

#I=BCN[#j] BIN →

以下是筆者編寫的加工程序：

N10 G54G00G68G40X0Y0

N20 Z50

N30 #1=15

N40 #2=5

N50 #3=0

N60 WHILE［#3GE180］DO1

N70 #4=#1*COS［#3］

N80 #5=#2*SIN［#3］

N90 G01 Z-#5 X［#4+30］F500

N100 G01 X-150 A-1440 F300

N110 #3=#3+0.5

N120 END1

N130 G0 Z100

N140 M08

N150 M05

N160 M30

粗加工時(shí)可以采用刀具長度補(bǔ)償法或平移坐標(biāo)系法來完成。另外要加充足的切削液以滿足高速鋼刀具的冷卻要求。

5 常見問題及解決辦法

1）振動(dòng)，在精加工時(shí)，由于刀具的高速旋轉(zhuǎn)，工件表面產(chǎn)生了較大振紋，不能達(dá)到表面粗糙度Ra1.6 的要求，如果后續(xù)加拋光工序就大大增加了成本。經(jīng)過反復(fù)調(diào)試主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度和精加工余量，找到最好的加工效果；

2）切削過程平穩(wěn)，但表面質(zhì)量仍然不好，槽內(nèi)出現(xiàn)與加工方向一致的紋路。嘗試把宏程序中N110中0.5改的更小一點(diǎn)，以改變行切步距，直到得到理想效果。如果仍然不理想，檢查刀具鋒利情況，及時(shí)更換刀具。

[1]史國義.等速圓柱凸輪的加工.金屬加工，2008(13).

[2]成家學(xué).離心泵葉輪的加工.機(jī)械工人，2005(5).

[3]于久清.中重型卡車浮輪橋件擺臂的數(shù)控加工.機(jī)械工人，2005(5).