內孔端面圓弧輪廓螺旋槽車削加工

■中石化石油工程機械有限公司第四機械廠 （湖北荊州 434024） 周俊堂

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鋼絲繩繩頭固定器是油田各型鉆、修機鉤載起升設備中的重要零件之一，在其固定鋼絲繩繩頭時使鋼絲繩按其旋向和固繩器螺旋槽相吻合，壓緊鋼絲繩。如圖1所示是一種固定鋼絲繩的座體下半部（技術要求：圓弧槽右旋，捻節距245mm；整圓頭數6個），其內槽特征是與鋼絲繩外輪廓相對應的螺旋槽形狀，在內槽圓周上均布有6處圓弧輪廓的螺旋槽，圓弧槽半徑為8mm，鋼絲繩捻節距為245mm。

針對該產品特征結合本單位工藝資源的情況，制定了如下工藝方案：下整體方形料→銑外形→鉆內孔→車外形、內孔螺旋槽→鋸開→銑面、鉆4孔；具體分析該產品的加工難點在于內槽圓周上均布6處圓弧輪廓的螺旋槽的加工，本文重點對此進行介紹。

1.圓弧輪廓螺旋槽車削工藝

由于該產品在內孔圓周上均布6處圓弧輪廓的螺旋槽特征，所以需采用主軸帶C軸功能的數控車床來完成加工，此類數控車床主軸在圓周上可以進行360°角度定位，先通過C軸的角度與X軸方向的直徑定位配合形成圓頭車刀中心軌跡的圓弧輪廓逼近，再進行Z軸與C軸同步的螺旋軌跡的進給，從而完成單個端面圓弧輪廓螺旋槽的加工（圓頭車刀的中心軌跡路徑見圖2），其余5個相同的螺旋槽只需進行C軸角度的增量偏移就可完成加工。

2.內孔圓頭車刀車削過程減振方案

在車削刀具的選用上，因要通過圓弧逼近的方法擬合圓弧槽輪廓的方法，所以車削中采用的圓頭車刀是R5mm的圓弧車刀進行立裝并垂直于Z軸端面圓弧輪廓方向（見圖3）。由于所加工的孔徑較小且深，刀桿長徑比超過5倍，所以盡量選用整體硬質合金刀桿來保證刀桿剛性；加工過程中，刀具易產生振動，影響加工效率和表面質量，減少振動影響的方法如下：

圖1

圖2 車端面圓弧輪廓分度

（1）刀具安裝時，刀桿伸出部分盡量短，以比內孔長度長3～5mm為宜，可以一定程度提高刀桿剛性。

（2）盡量增加刀桿截面積，按內孔直徑設計刀桿直徑為25mm，這樣也能提高刀桿剛性。

（3）R5mm圓弧刀頭選用耐磨性較好的W6Mo5Cr4V2牌號的高速鋼刃磨，將刀刃刃磨鋒利，降低切削力。

（4）采用移圓法和車圓法穿插進行車削加工，減少切削刃與加工面接觸面積，降低切削力。本產品每次進給深度為0.5mm。

移圓法：采用相同的圓弧半徑逐步向底徑進刀，即分層車削。

車圓法：采用不同的圓弧半徑逐步加大，最終達到成品尺寸。

（5）合理選用切削用量，澆注切削液，充分冷卻至車刀頭，減少刀具磨損。

3.圓弧輪廓螺旋槽車削路徑的數控編程實現

圖3 圓弧頭車刀

通過對單個圓弧輪廓的角度分解，先從11.48°～0°進行車削（見圖2a），再從348.52°～0°進行車削（見圖2c）。以下是單個圓弧輪廓螺旋槽的車削加工的數控程序,其余5個螺旋槽只需將主軸C軸的工件坐標增量旋轉60°分別進行5次就可完成所有螺旋槽的加工。

具體數控程序如下（局部）：

N1

R0=1.148 R1=15 R2=3 R3=11.48 R4=0 R5=245 R41=3600 R40=4000

G00X=31-10

Z100

BB:M3S10

R3=R3-R4

G00X=31-10

G01G90C=R3 F=R41

R6=SQRT(R2*R2-(R1*SIN(R3))*(R1*SIN(R3)))+R1*COS(R3)

X=R6*2 F1500

Z2

G01G91Z-105 C=(105/R5)*360 F=R40

G01G90X=31-10

Z2.0

R4=R4+R0

IF R3>0 GOTOB BB

G00Z100

M00

N2

R0=1.148 R1=15 R2=3 R3=-11.48+360 R4=0 R5=245 R41=3600 R40=4000

G00X=31-10

Z100

BB1:M3S10

R3=R3+R4

G00X=31-10

G01G90C=R3 F=R41

R6=SQRT(R2*R2-(R1*SIN(R3))*(R1*SIN(R3)))+R1*COS(R3)

X=R6*2 F1500

Z2

G01G91Z-105 C=(105/R5)*360 F=R40

G01G90X=31-10

Z2.0

R4=R4+R0

IF R3<360 GOTOB BB1

G00Z100

M00

M30

宏變量參數的意義：

R0 圓弧角度增量

R1 螺旋槽大徑

R2 刀路圓弧半徑

R3 圓弧角度起始值

R4 圓弧角度變量

R5 節距

R41 進給速度

R40 進給速度

4.結語

本文介紹的加工方法制定了合理的數控車削工藝方法，根據產品特征設計車削刀具，并編制了靈活使用的數控宏程序，使數控程序更加簡單、標準化，便于程序的調試與應用，高效地完成了內孔螺旋槽的加工。