撰文/福州大學(xué) 林冰香

基于螺旋線銑削大導(dǎo)程滾珠絲杠的應(yīng)用

撰文/福州大學(xué) 林冰香

一、引言

滾珠絲杠是工具機和精密機械上最常使用的傳動元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成線性運動，或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動，傳動時具有傳動精度高、傳動效率高和傳動可逆性等優(yōu)點，在各行各業(yè)中得到廣泛地應(yīng)用。它存在導(dǎo)程大、螺紋升角大、切削余量深以及表面光潔度要求高等加工特點在生產(chǎn)中始終是一個加工難點。圖1所示是某紙箱包裝廠委托我院實訓(xùn)中心加工的滾珠絲杠零件圖，它導(dǎo)程為40mm，螺旋線數(shù)量為2的雙頭絲杠，鋼球直徑為φ18mm。企業(yè)在生產(chǎn)中若用數(shù)控車床加工在加工過程中易產(chǎn)生振動、斷刀及亂扣等現(xiàn)象。同時存在編程困難、對操作者的技術(shù)要求高、生產(chǎn)效率低和勞動強度大等問題。本文運用NX軟件造型，PowerMILL軟件編制加工程序，運用XD-40型四軸四聯(lián)動的數(shù)控銑床回轉(zhuǎn)工作臺加工，很好的解決了這一加工難題。

二、滾珠絲杠的加工工藝分析

圖1所示的滾珠絲杠加工材料為45鋼，在車床上控制好外圓、零件總長的尺寸精度及打端面中心孔后，螺旋槽在四軸四聯(lián)動的數(shù)控銑床回轉(zhuǎn)工作臺上銑削。為確保零件的加工剛性，擬采用一夾一項的裝夾方式。螺旋槽截面形狀為R9的半圓，加工深度深，切削余量大，為保證零件的加工精度，提高刀具的使用壽命，借鑒普通車床加工梯形螺紋采用的直進法、左右切削法等加工方法生成刀具運動軌跡。其工藝編排如下。

圖1滾珠絲杠零件圖

（1）用φ8R1的圓鼻刀開粗，銑削中間區(qū)域，直徑方向留0.2mm精加工余量，如圖2所示。

圖2

（2）用φ8R1的圓鼻刀開粗，銑削左側(cè)區(qū)域，左側(cè)區(qū)域留0.2mm精加工余量，如圖3所示。

圖3

（3）用φ8R1的圓鼻刀開粗，銑削右側(cè)區(qū)域，右側(cè)區(qū)域留0.2mm精加工余量，如圖4所示。

圖4

（4）用R5球頭刀精加工銑削半圓形螺旋槽至尺寸，如圖5所示。

圖5

三、滾珠絲杠加工模型的建立

建模步驟：生成回轉(zhuǎn)體—畫螺旋線—畫截面線—掃掠除料—畫截面線—已掃掠曲面—偏置曲面—曲面求交獲得螺旋曲線—退出NX軟件。

具體操作如下。

（1）啟動NX4.0軟件，進入建模的模式。

（2）選擇“插入”—“設(shè)計特征”—“回轉(zhuǎn)”命令，系統(tǒng)彈出“回轉(zhuǎn)”對話框。

（3）單擊“草圖剖面”，選擇“XC—YC平面”，單擊確定按鈕，進入草繪模式繪制圖1所示的圓柱形外輪廓，單擊“完成草圖”，如圖6所示，單擊“確定按鈕”。

圖6繪制回轉(zhuǎn)圓柱體

（4）選擇“插入”—“曲線”—“螺旋”命令，彈出螺旋線參數(shù)對話框，設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，創(chuàng)建第一條螺旋線，運用“點構(gòu)造器”功能創(chuàng)建第二條螺旋線，如圖7所示。

圖7創(chuàng)建螺旋線

（5）分別繪制兩個直徑為φ18的圓（過程略）。選擇“插入”—“掃掠”—“沿導(dǎo)引線掃掠”命令，選擇剖面線串為直徑φ18的圓1，引導(dǎo)線串為繪制的螺旋線1，單擊“確定”按鈕，選擇布爾操作“求差”命令，生成圖8所示的第一條螺旋槽，相同方法生成第二條螺旋槽。

圖8 螺旋槽效果圖

（6）繪制剖面線串1，過程略。選擇“插入”—“掃掠”—“已掃掠”命令，選擇螺旋線1作為引導(dǎo)線串，再選擇剖面線串1，生成圖9所示的掃掠曲面。

圖9 掃掠曲面

（7）選擇“插入”—“偏置”—“偏置曲面”命令，將圖9生成的掃掠曲面向左偏移8次，每次偏移距離1mm（左邊粗加工分層銑削用）。再向右偏移8次，每次偏移距離1mm（右邊粗加工分層銑削用），共16次。選擇“插入”—“來自實體集的曲線”—“求交”命令，用偏移的曲面與螺旋槽求交獲得求交曲線。如圖10所示。

圖10 粗加工求交曲線

（8）按照精加工時R5球頭刀在X向每次偏移0.3mm的加工思路，重復(fù)7的步驟，將掃掠曲面向左、向右各偏移30次，掃掠曲面與螺旋槽求交的曲線作為精加工用，如圖11所示。

圖11 精加工求交曲線

（9）保存文檔，退出NX軟件。

四、生成四軸加工軌跡

生成加工軌跡步驟：導(dǎo)入零件圖—創(chuàng)建工件坐標(biāo)系—創(chuàng)建毛坯—生成參考線—螺旋槽中間粗加工—復(fù)制變換加工軌跡—螺旋槽左側(cè)粗加工—螺旋槽右側(cè)粗加工—螺旋槽精加工—復(fù)制變換加工軌跡。具體操作如下。

（1）啟動PowerMILL10.0軟件，導(dǎo)入滾珠絲杠圖檔。

（2）創(chuàng)建用戶坐標(biāo)系。

坐標(biāo)系建立在工件左端面與回轉(zhuǎn)中心線上（四軸回轉(zhuǎn)工作臺安裝在右手邊）。由于在“PowerMILL”系統(tǒng)中創(chuàng)建圓柱毛坯時，是以Z軸為圓柱的軸線，這就要求模型的軸線與世界坐標(biāo)系的Z軸重合。本文加工滾珠絲杠運用的是XD-40型立式四軸聯(lián)動數(shù)控銑床，在加工時又要求模型的軸線與機床的X軸平行。解決這個矛盾的辦法是，使用世界坐標(biāo)系來創(chuàng)建毛坯，用戶坐標(biāo)系編程。

右鍵單擊瀏覽器上的“用戶坐標(biāo)系”在彈出的“用戶坐標(biāo)系”菜單中選擇“產(chǎn)生用戶坐標(biāo)系”，彈出用戶坐標(biāo)系對話框，在“激活用戶坐標(biāo)系”下拉菜單中選中“1”，按圖12所示設(shè)置，完成用戶坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系位置關(guān)系的調(diào)整。

圖12 調(diào)整用戶坐標(biāo)系

（3）定義毛坯。單擊工具欄“毛坯”按鈕，在彈出的毛坯參數(shù)對話框設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，如圖13所示。其中Z的最小值與最大值分別設(shè)置為“40”與“290”，分別表示螺旋槽的起點與終點。毛坯顯示效果如圖12陰影所示。

圖13 定義毛坯

（4）產(chǎn)生參考線。右鍵單擊資源管理器中的“參考線”，選擇“產(chǎn)生參考線”，單擊插入圖8生成的“螺旋線1”，產(chǎn)生了粗加工參考線“1”。同樣用圖10、圖11獲得的求交曲線分別生成左邊粗加工參考線“2”、右邊粗加工參考線“3”及輪廓精加工參考線“4”，如圖14、圖15、圖16所示。

圖14 粗加工參考線

圖15 左、右粗加工參考線

圖16 精加工參考線

（5）設(shè)置粗加工刀具路徑參數(shù)。在PowerMILL綜合工具欄中，單擊“刀具路徑策略”按鈕，選擇“精加工”選項卡，選擇“參考線精加工”加工策略，單擊“接受”按鈕，打開“參考線精加工”表格，在參考線的下拉選項中選取創(chuàng)建的參考線“1”，設(shè)置完相關(guān)參數(shù)后，單擊“應(yīng)用”按鈕，如圖17所示。系統(tǒng)計算出圖17參數(shù)設(shè)置的粗加工刀具路徑1，單擊“取消”按鈕，關(guān)閉“參考線精加工”表格。

圖17 設(shè)置刀具路徑參數(shù)

（6）變換刀具路徑。右鍵單擊資源管理器中的刀具路徑1，選擇“編輯”—“變換”命令，在彈出的“變換刀具路徑”對話框中設(shè)置圖18所示的參數(shù)，單擊繞X軸旋轉(zhuǎn)，單擊接受，完成了刀具路徑的旋轉(zhuǎn)復(fù)制。

圖18 變換刀具路徑

（7）生成左、右邊粗加工刀具路徑。在圖17設(shè)置刀具路徑參數(shù)的表格中，參考線的下拉選項中分別選取創(chuàng)建的參考線“2”，參考線“3”，設(shè)置完相關(guān)參數(shù)后，單擊“應(yīng)用”按鈕。如圖19所示。

圖19 粗加工刀具軌跡

（8）按步驟5變換刀具路徑的方法復(fù)制變換刀具路徑。效果如圖20所示。

圖20 復(fù)制變換刀具軌跡

（9）生成精加工刀具路徑。在圖17設(shè)置刀具路徑參數(shù)的表格中創(chuàng)建一把R5的球頭刀具，參考線的下拉選項中選取創(chuàng)建的參考線“4”，設(shè)置完相關(guān)參數(shù)后，單擊“應(yīng)用”按鈕。

（10）按步驟5變換刀具路徑的方法復(fù)制變換刀具路徑。效果如圖21所示。

圖21 精加工刀具軌跡

（11）仿真加工、生成加工程序（過程略）。效果如圖22、圖23所示。

圖22 精加工仿真效果圖

圖23 加工程序

五、結(jié)語

本文通過銑削一滾珠絲杠的實例，闡述了運用數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺銑削大導(dǎo)程滾珠絲杠創(chuàng)建程序的過程。充分利用軟件各自的優(yōu)勢，快速生成加工模型及加工程序的編制，其中生成刀具軌跡時借鑒普通車床車削梯形螺紋的加工方法，解決了滾珠絲杠在生產(chǎn)中因?qū)С檀?、螺旋升角大易對刀具造成損壞等問題。從而提高加工效率，保證了加工表面質(zhì)量，為加工大導(dǎo)程滾珠絲杠提供了有益的借鑒。