姚文才

（廣東省國防科技技師學(xué)院，廣東 廣州510515）

汽車離合器進(jìn)排氣座封閉槽的形狀類似于螺旋線，其主要特點是繞圓柱表面作螺旋線環(huán)繞一周，最終形成一頭首尾相接的軌跡。該封閉槽在實際應(yīng)用中主要起分壓作用。由于此類零件的形狀較為特殊，用普通機(jī)床很難進(jìn)行有效的加工，下面就以一臺配備GSK980TDA系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床為例進(jìn)行加工說明。

1 零件圖樣

該工件的材料為不銹鋼304，工件的其他外輪廓尺寸都已車削到位，現(xiàn)只需按圖紙要求，在外表面上加工一條封閉型槽，具體見圖1、圖2所示。

圖1 零件正面圖

圖2 零件背面圖

2 加工方法的分析

2.1 加工方法的確定

該封閉槽是兩段等長相連的螺旋線繞圓柱表面旋轉(zhuǎn)一周后，形成一首尾相接的軌跡，所以首尾必須準(zhǔn)確、平滑地連接在一起。粗車和精車的軌跡要保持同步，所以粗精車軌跡的進(jìn)刀點必須在工件表面的同一點，從而決定了使用G32指令螺紋插補(bǔ)的方式進(jìn)行加工，因數(shù)控機(jī)床的主軸上安裝有編碼器，當(dāng)切削螺紋時，系統(tǒng)接收到主軸編碼器一轉(zhuǎn)信號才開始螺紋的加工，因此只要不改變主軸的轉(zhuǎn)速，即可使粗精車起刀點的位置在同一個點上，也就滿足了粗精車軌跡同步性的要求[1]。如果采用直線插補(bǔ)進(jìn)行加工，是不檢測其軌跡的加工起點的，這樣就不能保證粗精車的進(jìn)刀點始終是同一個點，也不能保證首尾平滑聯(lián)結(jié)在同一點。

2.2 G32指令的功能說明

G32指令為等螺距螺紋切削指令，其刀具的運動軌跡是從起點至終點的一條直線，如圖3；從起點到終點位移量較大的軸為長軸，另一坐標(biāo)軸為短軸，運動過程中主軸每轉(zhuǎn)一周長軸移動一個導(dǎo)程，短軸與長軸作直線插補(bǔ)，刀具切削工件時，在工件表面形成一條等螺距的螺旋槽，從而實現(xiàn)等螺距螺紋的加工。

圖3 長軸、短軸的判斷方法

2.3 螺紋的分度原理

因圖樣中無法標(biāo)注實際螺旋線的導(dǎo)程，現(xiàn)根據(jù)螺紋的分度原理進(jìn)行分析計算。螺紋的分度原理是建立在螺旋線原理上的，當(dāng)工件旋轉(zhuǎn)一周的同時，螺旋線所經(jīng)過的直線位移即為一個導(dǎo)程的距離，也即是說當(dāng)工件每轉(zhuǎn)過周的時候，螺旋線的直線位移將等于相應(yīng)螺紋導(dǎo)程的，導(dǎo)程一般以F表示，所以該位移為mm。該封閉槽的軌跡是當(dāng)工件旋轉(zhuǎn)一周時連續(xù)完成兩段等長螺紋的切削，可以看成一段為右旋螺紋，一段為左旋螺紋，剛好形成一個封閉的軌跡，由此可以看出，每段螺紋在圓周上的角位移為180°，即周，每一段螺紋從起點到終點的直線位移為3.5mm，即該螺紋的導(dǎo)程為

3 加工工藝的確定

3.1 工步的劃分

由于該封閉槽兩側(cè)面的光潔度要求較高，因此將劃分為2個工步，采用1把刀寬為5mm的道具作為粗車和精車。

3.2 刀具的選擇及安裝

刀具不僅影響加工效率，而且直接影響加工質(zhì)量。該工件為矩形封閉槽，故使用的刀具類似于矩形切槽刀，工件材料為不銹鋼304，考慮到其切削性能較差，選用一般的刀具很難滿足生產(chǎn)的需要，故選用京瓷KGH型切槽刀刀把，刀片材料為PR930（為PVD涂層）。但因為實際需要，副后角必須根據(jù)螺旋升角進(jìn)行相應(yīng)的改動（本例所取角度為10°），以避免副后角和封閉槽側(cè)面產(chǎn)生干涉。為了加強(qiáng)刀具的剛性，盡可能縮短刀具在刀架上的懸長。刀具的安裝高度也應(yīng)嚴(yán)格與軸線等高，如果過高，當(dāng)吃刀量達(dá)到一定深度時，車刀的主后刀面會和工件產(chǎn)生干涉，從而增大摩擦力，造成啃刀；過低則切削不易排出，同樣也會出現(xiàn)啃刀的現(xiàn)象。

3.3 刀具路徑的確定

3.3.1 對刀點的確定

本例使用的機(jī)床為前刀架，對刀時用左刀尖進(jìn)行對刀，工件右端面設(shè)為Z0，軸線設(shè)為X0［2］。

3.3.2 換刀點的確定

換刀點應(yīng)考慮換刀時不與主軸、工件和尾座發(fā)生碰撞，同時又盡量使空刀路徑較短，以提高工作效率，本例換刀坐標(biāo)點定為X100，Z0。

3.3.3 粗、精加工路徑的選擇

粗加工起刀點的確定，本例將起刀點X向定在離工件表面0.05的位置，其刀尖的坐標(biāo)位置為X41.1、Z-8.65，如圖4、圖5中所示（A點）。精加工軌跡的起刀點可根據(jù)精加工的余量在粗加工起刀點的基礎(chǔ)上進(jìn)行軸向偏移。

粗、精加工刀具路徑的確定，由于該工件為兩段矩形螺旋槽形成的封閉槽，且較深，所以進(jìn)刀路徑宜采用連續(xù)切削的方法（也即是采用連續(xù)螺紋的方法），即工件旋轉(zhuǎn)一周的同時連續(xù)完成一個切削過程，其中一段螺旋槽以錐螺紋的切削方式，主要起徑向進(jìn)刀的作用，每次單邊進(jìn)刀0.1mm,另一段以直線螺紋的切削方式，起軸向切削的作用，連續(xù)循環(huán)此動作，從起刀點A連續(xù)切削至A1、A2、A3……An點，即達(dá)到所要求的槽深，在整個切削軌跡中不需要重復(fù)的進(jìn)刀和退刀，從而提高了加工效率。加工軌跡如圖5所示：

圖4 確定起刀點

圖5 粗、精車進(jìn)刀路徑

粗、精加工的退刀路徑同樣都采用連續(xù)螺紋的方法，粗加工退刀路徑采用等螺距退刀方式，精加工退刀路徑采用變螺距退刀方式[3]。具體見表1所示。

表1 等螺距退刀與變螺距退刀方法的比較

圖6 等螺距退刀軌跡

圖7 變螺距退刀軌跡

4 加工設(shè)備的選擇

由于考慮到矩形切槽刀的切削性能較差，如果主軸轉(zhuǎn)速過高，勢必會降低刀具的使用壽命。所以宜采用低速加工（本例采用主軸轉(zhuǎn)速為50rpm/min）。本例采用GSK980TDA系統(tǒng)的數(shù)控車床進(jìn)行加工。

5 加工程序的編制及簡要說明

5.1 主程序:

O 0900主程序名。

T0202；選擇粗加工刀具2號刀并執(zhí)行2號刀偏。

G99 G0 X100 Z0；快速定位至安全位置準(zhǔn)備換刀。

M8；同時開冷卻液。

M3 S50r/min；啟動主軸，轉(zhuǎn)速為50rpm/min。

#1=-8.65；對粗加工封閉槽起刀點的Z坐標(biāo)進(jìn)行定位。

M98 P0901；調(diào)用O 0901號子程序進(jìn)行封閉槽的粗加工，調(diào)用1次。

G0 X100 Z0；快速退刀至安全位置。

#=-8.8；對精加工封閉槽左端面起刀點的Z坐標(biāo)進(jìn)行定位。

M98 P0901；調(diào)用O 0901號子程序進(jìn)行封閉槽左端面的精加工，調(diào)用1次。

#3=-8.5；對精加工封閉槽右端面的退刀終點位置進(jìn)行定位。

M98 P0901調(diào)用O 0901號子程序進(jìn)行封閉槽右端面的精加工，調(diào)用1次。

G0 X100 Z0加工完畢快速退刀至安全位置。

M30程序結(jié)束，停主軸，關(guān)冷卻液。

5.2 子程序：

備注：由于整個加工軌跡是一個連續(xù)螺紋的切削過程，所以必須保證G32指令的連續(xù)性，也即是說，連續(xù)螺紋的程序段中不能有其他功能指令出現(xiàn)，否則系統(tǒng)會取消或中斷連續(xù)螺紋功能。如本例中，主軸每轉(zhuǎn)的切削過程可以看成是一個切削循環(huán)，但是不能將其當(dāng)成子程序來調(diào)用而實現(xiàn)連續(xù)螺紋的切削。

6 結(jié)語

本文介紹的加工方法進(jìn)行實際加工后，加工效果良好，能夠滿足設(shè)計要求。實踐證明，靈活的使用數(shù)控系統(tǒng)的功能對于充分發(fā)揮數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和使用效果能起到很大的作用。

［1］上海市金屬切削技術(shù)協(xié)會.金屬切削手冊［M］.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2000，6（第3版）.

［2］趙長明，劉萬菊.數(shù)控加工工藝及設(shè)備［M］.高等教育出版社，2003，10.

［3］GSK980TD車床CNC使用手冊（第3版）廣州數(shù)控設(shè)備有限公司，2006，1.