鐘 睿 劉春蘭

（江西贛州技師學(xué)院，江西 贛州341000）

0 引言

近些年來(lái)數(shù)控技能大賽受到國(guó)家、省、市、學(xué)院等各個(gè)層面的重視，其內(nèi)容也逐步完善，自第三屆全國(guó)數(shù)控技能大賽中出現(xiàn)圓弧面上加工螺旋線(xiàn)后，圓弧面或非圓弧曲面上加工螺旋線(xiàn)這一考核點(diǎn)就經(jīng)常出現(xiàn)在各省、市以及學(xué)院的技能大賽中。本文將結(jié)合實(shí)例，對(duì)圓弧面或非圓弧曲面的螺旋線(xiàn)加工進(jìn)行工藝分析、數(shù)學(xué)分析、程序編制，從而與大家共同探討圓弧面或非圓弧曲面螺旋線(xiàn)的數(shù)控車(chē)削加工。

1 工藝分析

（1）在數(shù)控機(jī)床上加工螺旋線(xiàn)與加工螺紋一樣，由位置編碼器檢測(cè)主軸旋轉(zhuǎn)一圈的信號(hào)，刀具跟隨主軸同步旋轉(zhuǎn)進(jìn)刀，切削加工出所需要導(dǎo)程的螺旋線(xiàn)，由于伺服系統(tǒng)存在一定滯后，刀具的升降速會(huì)使螺旋線(xiàn)開(kāi)始與結(jié)束段的導(dǎo)程與加工要求存在一定的偏差，為了保障升降速階段的精度，在加工螺旋線(xiàn)時(shí)要留有足夠的升速和降速長(zhǎng)度。圓弧面或非圓弧曲面上螺旋線(xiàn)的升降速階段應(yīng)設(shè)在圓弧面或非圓弧曲面上的延長(zhǎng)線(xiàn)上，如圖1所示，一般升降速階段留約一個(gè)螺旋線(xiàn)即可。

圖1 螺旋線(xiàn)的升降速階段

（2）由于螺旋線(xiàn)加工一般采用成型刀，而成型刀一般是兩面切削或多面切削加工，切削力較大，而且排屑困難，因此，切削時(shí)，切削刃比較容易磨損。特別是切削較大的導(dǎo)程時(shí)，由于切削深度較大，刀刃磨損較快，故而會(huì)影響加工精度，所以應(yīng)采用分層每次進(jìn)給量逐步遞減的方式來(lái)進(jìn)行切削加工，其分層逐步遞減可按以下公式計(jì)算，并通過(guò)宏程序的嵌套來(lái)實(shí)現(xiàn)。

式中，Δapx為徑向進(jìn)刀量，其中x指第x次走刀；ap為螺旋線(xiàn)槽深度；nap－1為走刀總數(shù)；第一次走刀k＝0.3，第二次以上走刀k＝x－1。

（3）循環(huán)指令（WHILE語(yǔ)句）：

WHILE［條件表達(dá)式］Do m（m＝1、2、3）

……

ENDWm

當(dāng)條件滿(mǎn)足時(shí)，就循環(huán)執(zhí)行DO到END之間和程序段（稱(chēng)循環(huán)體）；當(dāng)條件不滿(mǎn)足時(shí)，就執(zhí)行END后的下一個(gè)程序段。DO和END后的數(shù)字用于指定程序執(zhí)行范圍的識(shí)別號(hào)，該識(shí)別號(hào)只能在1、2、3中取值，否則系統(tǒng)報(bào)警，循環(huán)嵌套數(shù)最多只能3層，其分層逐步遞減宏程序的嵌套格式如下：

#1＝ 徑向進(jìn)刀量

#2＝ 第x次走刀（第一次走刀#2＝0）

#3＝ 螺旋槽深度

#4＝ 總走刀次數(shù)

WHILE#2LE#4DO 1判斷走刀次數(shù)是不是小于或等于總走刀次數(shù)

#1＝#4＊SQRT［ABS［#2－1］］／SQRT［#4－1］

……

WHILE#2EQ 0DO 2 判斷走刀次數(shù)是否等于0

#1＝#4＊SQRT［0.3］／SQRT［#4－1］第一次徑向進(jìn)刀量

……

#2＝#2＋1

ENDW 2

……

#2＝#2＋1

ENDW 1

2 數(shù)學(xué)分析

由于數(shù)控車(chē)削加工中沒(méi)有單純的圓弧或非圓弧螺旋線(xiàn)的加工指令，因此，在加工圓弧面或非圓弧曲面螺旋線(xiàn)時(shí)，首先要確定圓弧面或非圓弧曲面的方程，然后根據(jù)方程采用若干個(gè)微小的直線(xiàn)段逼近的方式來(lái)數(shù)控車(chē)削加工，最后對(duì)每個(gè)微小的直線(xiàn)段采用G32指令進(jìn)行擬合加工。擬合過(guò)程根據(jù)圖1計(jì)算如下（O為主軸軸線(xiàn)回轉(zhuǎn)中心、C為圓弧圓心）：

X軸的坐標(biāo)：

式中，OC為圓弧圓心X方向的偏移量；AG為每刀進(jìn)給量。

式中，AC為圓弧半徑；BC等于20加螺旋線(xiàn)的升速階段。

3 程序編制

加工說(shuō)明（圖2）：已知圓弧的方程X2＋Y2＝402，螺旋線(xiàn)的導(dǎo)程為8mm，槽深為2mm，螺旋槽為圓弧形，螺旋槽圓弧半徑為3mm，圓弧的圓心向下偏離軸心7.6mm，圓弧面直徑為64.8 mm，圓弧面寬度為40mm，車(chē)削螺旋槽時(shí)采用R3成型刀加工。

假設(shè)圓弧面已預(yù)先加工：

O1000

G54G00X100Z100

S600M03

T0101

G00X66Z8

#1＝2 切削深度

#2＝8 總走刀次數(shù)

圖2 加工說(shuō)明

#3＝0 走刀數(shù)（第一刀設(shè)定為0）

#6＝7.6 圓弧螺旋線(xiàn)圓心偏離主軸軸心的長(zhǎng)度（X軸方向）

#7＝40 圓弧螺旋線(xiàn)的半徑

#8＝8 圓弧螺旋線(xiàn)的螺距

WHILE#3LE#2DO 1 判斷走刀次數(shù)是不是小于或等于總走刀次數(shù)

#5＝28 圓弧螺旋線(xiàn)Z方向的起點(diǎn)的長(zhǎng)度

#4＝#1＊SQRT［ABS［#3－1］］／SQRT［#2－1］徑向進(jìn)刀量

G00X［2＊［SQRT［#7＊#7－#5＊#5］－#4－#6］］

WHILE#5GE［－28］DO 2

WHILE#3EQ 1DO 3 判斷走刀次數(shù)是不是等于0

#4＝#1＊SQRT［0.3］／SQRT［#2－1］ 第一次徑向進(jìn)刀量

G00X［2＊［SQRT［#7＊#7－#5＊#5］－#4－#6］］

#3＝#3＋1

ENDW 3

G32X［2＊［SQRT［#7＊#7－#5＊#5］－#4－7.6］］Z［#5－28＋8］F#8

#5＝#5－#8

ENDW 2

G00X66

G00Z8

#3＝#3＋1 走刀次數(shù)計(jì)數(shù)，按每進(jìn)一刀加一計(jì)算

ENDW 1

G00X100Z100

M30

4 結(jié)語(yǔ)

上述圓弧面螺旋線(xiàn)的加工與編程方法，通過(guò)試件的實(shí)際加工檢驗(yàn)，表明切實(shí)可行，且在省市技能競(jìng)賽中也累創(chuàng)佳績(jī)。

［1］陳海舟.數(shù)控機(jī)床銑削加工宏程序及應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006