丁錦宏

(南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，江蘇南通 226000)

1 帶肋鋼筋軋制原理

帶肋鋼筋是必不可少的建筑材料，其是由一對(duì)軋輥擠壓而成的。軋輥上有若干道環(huán)槽，環(huán)槽的直徑等于帶肋鋼筋的直徑(即帶肋鋼筋的規(guī)格)，如圖1所示。每道環(huán)槽內(nèi)有若干個(gè)象月牙一樣的槽，俗稱月牙槽，使鋼筋的外表面在被擠壓后產(chǎn)生凸起的肋［1］。月牙槽的輪廓是一段圓弧，如圖2所示。月牙槽與軋輥軸心線成一定角度，即為月牙槽升角。月牙槽的輪廓直徑、月牙槽升角、切深等參數(shù)參照國(guó)標(biāo)(GB1499．2－2007)，如圖3所示。

圖1 軋輥示意圖

圖2 月牙槽示意圖

2 機(jī)床工作原理

圖3 月牙槽幾何參數(shù)

加工軋輥的專用數(shù)控機(jī)床采用四軸伺服驅(qū)動(dòng)，通過指形銑刀進(jìn)行切削。機(jī)床主要由擺頭、頭架、拖板、床鞍和床身等組成。擺頭帶動(dòng)銑刀做左右擺動(dòng)(回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng))，頭架使軋輥?zhàn)龌剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，拖板帶動(dòng)銑刀做切深運(yùn)動(dòng)(直線運(yùn)動(dòng))，床鞍帶動(dòng)拖板沿導(dǎo)軌做左右移動(dòng)，如圖4所示。這種方法，既可以銑削月牙槽，也可以刻出環(huán)槽內(nèi)帶肋鋼筋規(guī)格參數(shù)和產(chǎn)品商標(biāo)，不必使用其他機(jī)床進(jìn)行加工［2］。

圖4 月牙槽專機(jī)原理

通過CNC系統(tǒng)控制X軸(銑頭擺動(dòng))、Y軸(工件回轉(zhuǎn))、Z軸(深度進(jìn)給)的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了空間螺旋槽的展成運(yùn)動(dòng)。通過銑削方法，加工出帶肋鋼筋軋輥月牙槽。X軸由右向左的擺動(dòng)與Y軸的回轉(zhuǎn)相匹配，形成月牙槽的升角;Z軸與X軸的聯(lián)動(dòng)，使刀尖沿著月牙槽的輪廓軌跡運(yùn)動(dòng)。當(dāng)一個(gè)環(huán)槽內(nèi)的月牙槽都切削結(jié)束后，移動(dòng)A軸，使刀具移到下一個(gè)環(huán)槽的正前方。月牙槽的加工原理如圖5所示。銑刀主軸由三相異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，保持高速旋轉(zhuǎn)，在軋輥環(huán)槽內(nèi)沿著月牙槽的圓弧曲線進(jìn)行切削，形成月牙槽。

圖5 月牙槽加工原理

3 插補(bǔ)方法

圓弧曲線輪廓的加工，通常采用直線段逼近和圓弧段逼近2種方法［3］。這里采用直線段逼近。在確定插補(bǔ)方式的同時(shí)，需要確定插補(bǔ)步長(zhǎng)。將月牙槽的圓弧AB分成180等份，每等份對(duì)應(yīng)的中心角為 λ1，λ1= ω0/180，其中 ω0為圓弧 AB 的中心角。經(jīng)計(jì)算，λ1＜1°，加工誤差較小，符合產(chǎn)品加工要求。切削加工1個(gè)月牙槽時(shí)，共運(yùn)行180步，每步對(duì)應(yīng)的中心角步長(zhǎng)為λ1。操作時(shí)，通過CNC點(diǎn)動(dòng)A軸，使擺頭回轉(zhuǎn)中心在月牙槽的對(duì)稱線上，移動(dòng)Z軸，調(diào)整刀具伸出長(zhǎng)度，使刀桿在擺動(dòng)時(shí)，機(jī)床與軋輥不發(fā)生干涉。點(diǎn)動(dòng)X軸和Z軸，使刀尖移到月牙槽切削起點(diǎn)A。測(cè)量刀尖到擺頭回轉(zhuǎn)中心的距離L，如圖6所示。

圖6 月牙槽加工參數(shù)

如此，切削1個(gè)月牙槽，X軸共運(yùn)行180步，每步的轉(zhuǎn)動(dòng)角度大小不一，需要計(jì)算，但每步切削的圓弧段對(duì)應(yīng)的中心角均為λ1，以角度α為運(yùn)行參數(shù)，當(dāng)X軸回轉(zhuǎn)α角時(shí)，Y軸回轉(zhuǎn)角度為η、Z軸移動(dòng)δ。

圖7 月牙槽工作角

4 數(shù)學(xué)模型

軋輥月牙槽的幾何參數(shù)為環(huán)槽半徑R、月牙槽半徑r、月牙槽中心切深h和升角β。圖6、圖7中h，R，r，β均為軋輥圖紙規(guī)定的尺寸。另外，軋輥直徑D為已知條件，e為兩圓的偏心距，可以計(jì)算出來(lái)。

a．月牙槽軸向長(zhǎng)度l的計(jì)算。

通過平面幾何計(jì)算，月牙槽軸向長(zhǎng)度l為:

式中:e=R－r+h。

b．工作角θ的計(jì)算。

已知月牙槽的螺旋升角為β，則月牙槽在圓周上占有的長(zhǎng)度近似為H，如圖7所示:

相應(yīng)的圓心角(即工作角)為θ:

c．坐標(biāo)數(shù)學(xué)模型建立。

編程時(shí)，X軸為回轉(zhuǎn)軸，其參數(shù)為刀具與水平方向的夾角α。Y軸繞軋輥中心線轉(zhuǎn)動(dòng)(工件回轉(zhuǎn))，其參數(shù)為工件轉(zhuǎn)過的角度，其中θ為工作角，n為運(yùn)行步數(shù)，如圖7所示。Z軸為線性軸，其參數(shù)為刀具回轉(zhuǎn)中心相對(duì)于初始位置的移動(dòng)量δ。如此，編程時(shí)，每步刀尖運(yùn)行終點(diǎn)的坐標(biāo)值為(α，η，δ)。

當(dāng)切削運(yùn)行到第n步時(shí)(n=1～180)，X軸的角度α、Y軸的轉(zhuǎn)角η和Z軸的移動(dòng)量δ分別為:

5 宏程序編制

數(shù)控編程流程圖是數(shù)學(xué)模型和加工工藝的反映，是指導(dǎo)編制宏程序的有效手段［4］。圖8為加工一個(gè)月牙槽的宏程序編制流程。

圖8 宏程序流程圖

程序編制時(shí)，需要考慮結(jié)構(gòu)與層次，使程序簡(jiǎn)短、可讀性強(qiáng)。以下是螺紋鋼直徑為30mm、軋輥直徑為400mm的月牙槽加工宏程序［5］。

00001

N10#101=15

//環(huán)槽半徑R(規(guī)格參數(shù))

N15#102=12

//月牙槽半徑r

N20#103=3

//月牙槽切深h

N25#104=35

//月牙槽升角β

N30#105=400

//軋輥直徑D

N35#106=320

//擺頭回轉(zhuǎn)中心到刀尖距離L

N40#110=#101－#102+#103

//e值計(jì)算

N45#111=2*SQR(#101*#101－#110/#110)/2)

//弦長(zhǎng)l值計(jì)算

N50#112=ARCSIN(#111/#106/2) //ψ0值計(jì)算

N55#113=ARCSIN(#106*SIN(#112/#102)

//λ0值計(jì)算

N60#114=ARCSIN(#111/#102/2)

//ω0值計(jì)算

N65#115==#114/180

//λ1長(zhǎng)計(jì)算

N70#116=114．59*#111*TAN(#104)/#105

//θ值計(jì)算

N75#120=1

//第一步(共180步)

N80#121=ARCSIN(#102*SIN(#113/#106+#120*#115/#106)

//ψ值計(jì)算

N85#122=#106*SIN(180－#113－#112)/SIN(#113)

N90#123=#102*SIN(180－#121－#113－#120*#115)/SIN(#121)

N95#124=#122－#123

//δ值計(jì)算

N100 G91 G54 G01 X［90－#121］Y［#120*#115］Z［#124］F0．3

//運(yùn)行一個(gè)步長(zhǎng)

N105#120=#120+1

//X增加一個(gè)角度步長(zhǎng)

N110 IF［#120LQ#180］GOTO 80

//條件判斷是否運(yùn)行了180步，不滿足則返回

N115 G00 Z0

N120 M05

N125 M30

6 結(jié)束語(yǔ)

宏程序編程是數(shù)控加工中必不可少的編程方法，掌握宏程序的編程原理，應(yīng)用宏程序編程，可以方便地解決許多實(shí)際加工問題。該宏程序的開發(fā)，使較為復(fù)雜的軋輥月牙槽程序編寫方便、易懂，已經(jīng)在實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，具有比較高的實(shí)用價(jià)值。

［1］ 姜有勝．淺談棒線軋輥的設(shè)計(jì)與制造［J］．甘肅冶金，2011，33(2):15－17．

［2］ 丁錦宏．?dāng)?shù)控技術(shù)在鋼鐵行業(yè)中的應(yīng)用——KX9350數(shù)控月牙槽銑床［J］．中國(guó)制造業(yè)信息化，2006，35(7):60－61．

［3］ 許為民．?dāng)?shù)控加工中宏程序的應(yīng)用［J］．機(jī)械制造與自動(dòng)化，2007，36(5):56 －59．

［4］ 韓全立．宏程序在數(shù)控編程中的應(yīng)用技巧及編程實(shí)例［J］．機(jī)床與液壓，2010，38(12):29－32．

［5］ 顧京．?dāng)?shù)控機(jī)床加工程序編制［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006．