慢走絲線切割大導程蝸桿刀具實例

馬培花，賀武成，胡明勛

中國長江動力集團有限公司 湖北武漢 430205

1 序言

FIKUS線切割是FIKUS公司開發的線切割自動編程CAD/CAM軟件，該軟件采用目前最普遍的Windows 操作系統作為基礎平臺，采用所見即所得的繪圖方式進行編程；具有完善的繪圖設計、加工代碼生成等功能，集圖樣設計和代碼編制于一體；支持OpenGL圖形驅動，提供動態三維仿真。該軟件支持2～6軸線切割加工，針對AgieCharmilles等各型號機床開發了切削條件數據庫和特殊工藝；采用“加工精靈+工藝模板”這一全新的加工方式，能實現高效、安全的智能編程。以下通過一個蝸桿車刀具加工實例，介紹該軟件及機床操作的基本方法及注意事項。

2 大導程蝸桿車削特征分析

本實例中所描述刀具為車削一種節圓直徑80mm、軸面模數m=10的大導程單頭蝸桿車削刀具（蝸桿導程＝πm＝3.14×10＝31.4mm），在回轉半徑300mm的車床上加工。該蝸桿車刀根據加工零件特征及要求主要有以下特性：加工蝸桿的導程大，機床主軸轉速太高時，換算的進給速度非常大（機床主軸轉速為200r/min時，進給速度＝導程×主軸轉速＝31.4×200＝6280mm/min，目前一般車床的進給速度不超過5000mm/min），會超過機床允許的最高進給速度，即過沖。為防止蝸桿車削時過沖，機床的轉速不能太高，此時對應的切削速度也相應較低（主軸轉速為200r/min，蝸桿大外圓直徑＝節圓直徑+2＝80+20＝100mm，外圓切削速度＝主軸轉速×π×蝸桿大外圓直徑＝200×3.14×100/1000＝62.8m/min）。切削時易產生積屑瘤，在切入蝸桿齒廓螺旋面時，對刀具有較強沖擊，刀具韌性不足時易發生切削刃崩裂。另外，該型蝸桿直徑為100mm，節圓直徑80mm，導程大，其分度圓螺旋升角λ較大，刀具為匹配加工工況，避免干涉，需要有比蝸桿螺旋升角大的后角，這也會導致刀具強度降低。在最后成形切削時，因切削面積較大，所需切削力很大，易發生振動，導致產品表面質量差及刀具損壞。

3 刀具置備方案分析

車削蝸桿類似于車削梯形螺紋，刀尖角按蝸桿齒形角20°×2進行選擇。一般可轉位螺紋車刀刀片材質為硬質合金，宜采用較高的切削速度，如果切削速度比較低，會產生積屑瘤，影響刀具壽命和加工質量，因此從生產安全、產品質量、生產成本等方面考慮都不適合選用可轉位硬質合金螺紋車刀。如果用傳統焊接刀磨制，要準備刀坯、刀片，進行焊接、熱處理等加工，準備周期長，韌性不好，易崩刃，且這種車削大導程的車刀，為避免后刀面與螺紋側面干涉，還需要有較大的后角，如果操作人員自己磨制，磨制角度不好保證，磨得太大刀具強度會降低，太小車削時后刀面會和蝸桿齒廓螺旋面發生干涉。本實例中，選用白鋼條，按計算出的蝸桿分度圓螺旋升角設定一定安全余量，確定刀具后角，在慢走絲切割機上切出刀具主切削刃部，刀具后角一起切出。因慢走絲機加工表面質量好，使用時操作人員只需稍做修磨即可用于生產，所以是短周期制備刀具的解決方案。

4 確定蝸桿車刀后角

蝸桿車刀后角按被加工蝸桿的節圓螺旋升角進行確定，螺旋升角指的是螺紋展開的圓周線與螺紋線的夾角。螺旋升角在螺紋外徑、中徑、內徑（底徑）上是不一樣的，一般螺旋升角是指螺紋中徑上展開得到的圓周線與螺紋的夾角，螺旋升角＝arctan[導程/（中徑×π）]。蝸桿節圓螺旋升角可參照螺紋螺旋升角計算，本例中蝸桿導程為πm，其中m為蝸桿的軸面模數，設計取值為10，節圓直徑為80mm，計算該蝸桿螺旋升角＝arctan[π×10÷（80×π）]=7.125（°），考慮到刀具后面與螺紋表面要有一定的間隙，為防止車削時兩個面摩擦，將螺紋車刀后角設定為10°。這樣既可避免加工刀具和工件干涉，又能保證刀具的強度，使精加工時切削平穩、刀具不振動[1－3]。

5 慢走絲切割白鋼刀材質蝸桿車刀的程序處理

5.1 加工程序編制準備

首先需要繪制加工編程用圖樣，可直接用FIKUS線切割軟件繪制。該軟件與工程機械輔助繪圖軟件CAD有良好的兼容性，可把CAD程序繪制的圖保存為擴展名“.DXF”文件導入FIKUS軟件直接編程，對于熟練掌握CAD軟件、對FIKUS線切割軟件不熟悉的工程技術人員來說非常便利。

5.2 編制程序

1）在桌面上雙擊名稱為“Fikus Visualcam 17”的圖標，進入FIKUS線切割軟件的CAD界面。

2）準備加工圖樣有兩種方法：一種是CAD創建的“.DXF”文件直接導入，單擊菜單“文件”選項，在導入中選擇導入“.DXF”文件；另一種是用FIKUS軟件直接繪制。

3）進入CAM加工界面可以點擊“CAM”下拉菜單中的“線切割Shift+Ctrl+W”，或直接按工具欄里的按鈕，FIKUS軟件進入零件切割界面。

4）單擊“CAM”欄下的“新建路徑”圖標，再點擊對勾按鈕，會出現選擇機床下拉菜單界面，在下拉菜單中選擇機床型號“CUT 200P”，然后點對勾按鈕確認選擇機床類型，如圖1所示。輸入程序名：本實例根據加工過程，把程序分為粗加工程序和精加工，粗加工程序命名TYDKC，精加工程序命名TYDJ，在CAM欄點新建零件后，分別修改程序名，粗加工程序名改為TYDKC的結果如圖2所示。

圖1 零件線切割界面

圖2 粗加工程序名修改

5）單擊“CAM”欄下的“新建零件”圖標，在彈出的新建零件參數對話框中按梯牙刀刀坯尺寸輸入相關參數，工件厚度H25，角度0。

6）單擊“零件”欄下的“選擇XY”圖標，選取蝸桿刀前端切削部分輪廓線，回車確認，選中刀具切削部分輪廓線，選中后的輪廓線顯示為設定顏色。

7）單擊“零件”欄下的“引入路徑”圖標，選擇第一項“點—點”方式，同時勾選“垂直于XY輪廓”項，設置引入路徑長度為3，分別點擊刀具零件圖前端輪廓線，引入路徑線將在零件切割輪廓起始端以3mm虛線示意顯示。

8）單擊“編程”欄下的“快速向導”圖標，依次完成以下步驟的設置。①在彈出的“快速向導”首頁對話框中按切割銅絲直徑輸入相關參數，絲直徑＝0.25mm，此值根據選用銅絲直徑輸入，粗加工時設置切割次數＝1次，一刀粗切成形，線切割代碼設置為AAA，根據個人習慣或相關程序文件要求設置。②單擊按鈕，根據CUT200P機床工藝參數表在彈出的“快速向導”第二頁（快速向導界面的步驟2）對話框中輸入切割的補償值為0.13（粗切割后留0.13mm單邊余量），可根據加工需要設置。③單擊按鈕，在彈出的“快速向導”第三頁對話框中輸入：殘料長度＝0.3mm，可根據實際需要設置合適的余量，刀具輪廓處為外凸形式，選擇切割方式為凸模，在切割內輪廓時選擇凹模，系統以此確定留余量的方向和位置。④參數設置完成后，右鍵單擊按鈕后的快捷菜單中選擇“計算”項并點擊，在彈出的“快速向導”第四頁對話框中選擇“停止”的方式，單擊對勾圖標確認。⑤參數設置完成后，右鍵單擊按鈕后的快捷菜單中點擊“計算”“模擬”“后處理”選項并點擊，單擊對勾圖標確認，設置過程如圖3所示，模擬結果如圖4所示。

圖3 程序處理設置過程

圖4 模擬結果

5.3 加工程序軌跡計算及后處理

1）精加工蝸桿刀后角錐度設置（見圖5）。鼠標右擊程序管理器中的TYDKC幾何體，在彈出菜單中選擇“計算”，進行軌跡計算。鼠標右擊程序管理器中的TYDKC幾何體，在彈出菜單中選取“后處理”，在彈出的“后處理”對話框中輸入CNC 程序號TYDKC，選擇后處理器CUT X00-MILLENNIUM-。此處后處理器因版本不同會有所不同，具體視所用設備而定。

圖5 精加工蝸桿刀后角錐度設置

2）設置好后，單擊“后處理”進行處理，生成機床切割用程序，粗加工蝸桿刀具程序如下。

3）精修蝸桿刀具設置切2修1共3刀，在快速向導的相應頁面中設置，精加工程序編制過程類似粗加工，不詳述。在機床上生產與加工程序匹配的絲表文件和工藝文件時文件名要與程序設置一致，主要區別在于新建零件時的零件錐度設置（見圖5），精加工模擬效果如圖6所示。精加工蝸桿刀具程序如下。

圖6 精加工蝸桿刀模擬效果

5.4 加工程序的傳輸

加工時用U盤把程序拷貝到機床上，由機床附帶軟件在機床操作系統內生成與加工程序匹配的工藝文件及絲表文件，開機尋邊對刀，調用程序即可完成加工。

6 操作注意事項

1）該機床在加工錐度零件時，把錐度＜3°的加工均視為通用零件加工。由于需加工的刀具后角要求為10°，因此在加工刀具之前，需用校絲器把錐度設置為10°，校絲后再加工。

2）精加工時，第一刀切削時會從工件上切下薄厚不均的一層金屬皮，在銅絲將要切出工件時，要特別注意，此處極易夾絲斷絲。在第一刀切出前編程時設置“暫停”，程序運行到暫停處時，因暫停余量設置很小，約0.3mm左右，此時切下的殘料基本脫離了刀體，如果脫離，小心取出殘料，之后繼續運行程序完成加工；如果殘料未脫離，也可人為輕輕折下，防止夾絲斷絲。

3）在粗加工時，因為切削量比較大，這時需要調整切割的放電脈沖，設置為較小值。

此外，由于刀具在粗、精加工過程中，工件裝夾位置不變，粗、精加工的編程基準相同，所以在粗加工之前尋邊對刀后，精加工時可直接調用精加工程序，不需另外對刀，這樣既可保證精度，又可提高效率。

7 結束語

該慢走絲設備精度高，在運用一定的加工技巧后，可進一步提高加工效率，按此方案制備的蝸桿刀具，操作人員在使用時只需微修磨刀具后角、前角，即可用于生產，是比較高效經濟的工藝方法。此文以這種蝸桿刀具用慢走絲切割加工過程的實例，對FIKUS軟件、Agie Charmilles慢走絲機床操作和應用做了簡要介紹，希望對同行有一定的借鑒作用。