劉　寧

(沈陽(yáng)機(jī)床沈一車床廠技術(shù)部，遼寧 沈陽(yáng) 110142)

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利用西門子808D系統(tǒng)快速完成蝸桿加工實(shí)例

劉寧

(沈陽(yáng)機(jī)床沈一車床廠技術(shù)部，遼寧 沈陽(yáng) 110142)

主要闡述了如何利用西門子808D系統(tǒng)加工蝸桿工件，通過(guò)程序的優(yōu)化縮短蝸桿的加工時(shí)間，提高加工效率。

西門子808D系統(tǒng)；固定循環(huán)；G64；G33；蝸桿加工

1　蝸桿概述

蝸桿是只具有一個(gè)或幾個(gè)螺旋齒，并且與蝸輪嚙合而組成交錯(cuò)軸齒輪副。其分度曲面可以是圓柱面，圓錐面或圓環(huán)面。從外形上看，蝸桿類似螺栓，蝸輪則很象斜齒圓柱齒輪。工作時(shí)，蝸輪輪齒沿著蝸桿的螺旋面作滑動(dòng)和滾動(dòng)。為了改善輪齒的接觸情況，將蝸輪沿齒寬方向做成圓弧形，使之將蝸桿部分包住。這樣蝸桿蝸輪嚙合時(shí)是線接觸，而不是點(diǎn)接觸。根據(jù)不同的齒廓曲線，普通圓柱蝸桿可分為阿基米德蝸桿(ZA蝸桿)、漸開(kāi)線蝸桿(ZI蝸桿)、法向直廓蝸桿(ZN蝸桿)和錐面包絡(luò)圓柱蝸桿(ZK蝸桿)等4種。

蝸桿機(jī)構(gòu)常用來(lái)傳遞兩交錯(cuò)軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。蝸輪與蝸桿在其中間平面內(nèi)相當(dāng)于齒輪與齒條,蝸桿又與螺桿形狀相似。蝸桿傳動(dòng)是由蝸桿和蝸輪組成的，通常兩軸交錯(cuò)角為90°。在一般蝸桿傳動(dòng)中，都是以蝸桿為主動(dòng)件?？梢缘玫胶艽蟮膫鲃?dòng)比，比交錯(cuò)軸斜齒輪機(jī)構(gòu)緊湊，蝸桿傳動(dòng)相當(dāng)于螺旋傳動(dòng)，為多齒嚙合傳動(dòng)，故傳動(dòng)平穩(wěn)、噪音很小，具有自鎖性。當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于嚙合輪齒間的當(dāng)量摩擦角時(shí)，機(jī)構(gòu)具有自鎖性，可實(shí)現(xiàn)反向自鎖， 蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)常被用于兩軸交錯(cuò)、傳動(dòng)比大、傳動(dòng)功率不大或間歇工作的場(chǎng)合。普通圓柱蝸桿的齒面(除ZK型蝸桿外)一般是在車床上用直線刀刃的車刀車制的。根據(jù)車刀安裝位置的不同，所加工出的蝸桿齒面在不同截面中的齒廓曲線也不同。

2　西門子808D系統(tǒng)概述

SINUMERIK 808D 是一款面向全球市場(chǎng)、適用于車床和銑床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控產(chǎn)品。對(duì)車床而言，該產(chǎn)品可以控制3個(gè)軸，其中包括兩個(gè)進(jìn)給軸(通過(guò)兩個(gè)脈沖驅(qū)動(dòng)接口與 SINAMICS V60 連接)和1個(gè)主軸(通過(guò)1個(gè)模擬量主軸接口連接)。對(duì)銑床而言，該產(chǎn)品可以控制四個(gè)軸，其中包括3個(gè)進(jìn)給軸(通過(guò)3個(gè)脈沖驅(qū)動(dòng)接口與 SINAMICS V60 連接)和1個(gè)主軸(通過(guò)1個(gè)模擬量主軸接口連接)。SINUMERIK 808D 車削版符合現(xiàn)代普及型車床的所有要求——高輪廓精度和高動(dòng)態(tài)特性，確保了最高的機(jī)床生產(chǎn)效率，尤其是在大批量加工車床工件時(shí)表現(xiàn)尤為明顯。在普及型車床上大規(guī)模加工車削工件時(shí)，SINUMERIK 808D可以體現(xiàn)出最高的效率。為了減少主軸的等待時(shí)間，SINUMERIK 808D 可以實(shí)現(xiàn)從主軸模式快速切換至C軸模式，無(wú)需主軸靜止。SINUMERIK 808D 提供多種加工工藝循環(huán)，可以方便用戶編寫(xiě)加工程序。SINAMICS V60 驅(qū)動(dòng)模塊帶有閉環(huán)位置、速度和電流控制的 SINAMICS V60 CPM60.1 是專為經(jīng)濟(jì)型進(jìn)給軸而設(shè)計(jì)的。無(wú)風(fēng)扇、帶有涂層的電路板的設(shè)計(jì)可以使其經(jīng)受住惡劣環(huán)境的考驗(yàn)。由于采用了標(biāo)準(zhǔn)化接口和接頭，無(wú)需專業(yè)技能和特殊工具就可以安裝好 SINAMICS V60。通過(guò)內(nèi)置的 7 段數(shù)碼管顯示無(wú)需任何電腦工具就可以對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)會(huì)在出廠前預(yù)先設(shè)置，只有用于特殊應(yīng)用時(shí)，才需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。用于驅(qū)動(dòng)器信號(hào)和電動(dòng)機(jī)制動(dòng)的內(nèi)置繼電器觸點(diǎn)可以將電柜成本降到最低。

3　其他數(shù)控系統(tǒng)針對(duì)蝸桿的傳統(tǒng)加工指令

常用的加工指令有G32、G92和G76這3種。

G32為單行程螺紋插補(bǔ)指令，它的特點(diǎn)是適用于小螺距，更多應(yīng)用于徑向進(jìn)刀方式。G32加工一次螺旋線時(shí)，需要4個(gè)步驟才能完成，加工一個(gè)螺紋進(jìn)刀次數(shù)和所要編制的進(jìn)刀步驟的程序一致。因此編程人員程序量大，機(jī)床加工時(shí)間長(zhǎng)。

G92螺紋切削單一固定循環(huán)指令，其含義與G32相同。G92加工時(shí)成為一個(gè)循環(huán)，與G32相比只需要啟動(dòng)一次就可以完成G32的4個(gè)步驟。但是G92編程時(shí)，每次都需要輸入進(jìn)刀尺寸，程序編制時(shí)需要手工進(jìn)行分層，編制程序相對(duì)繁瑣，加工時(shí)間長(zhǎng)。

G76螺紋切削復(fù)合固定循環(huán)，采用斜進(jìn)刀方式，適用大螺距螺紋的加工，而且程序自動(dòng)進(jìn)行切削深度調(diào)節(jié)，吃刀深度遞減，不但能很好地保證產(chǎn)品的質(zhì)量，而且能大大縮短機(jī)械加工的生產(chǎn)周期。

4　西門子808D循環(huán)CYCLE99指令

在用戶現(xiàn)場(chǎng)筆者了解到，一樣的產(chǎn)品，西門子808D 系統(tǒng)一天做 280 個(gè)，廣數(shù) 980TDB系統(tǒng) 一天可以做 350 個(gè)，具體體現(xiàn)：同樣的工作量下，用廣數(shù)系統(tǒng)的工人每天不用加班，而用西門子808D系統(tǒng)的工人(802C、802DSL、802S、808D)的工人需要加班?；蛘呤巧舷碌拦ば驎r(shí)，用廣數(shù)系統(tǒng)的邊做邊歇，操作西門子808D系統(tǒng)的一刻不歇也趕不上。導(dǎo)致用戶在工作安排和給工件計(jì)件單價(jià)時(shí)造成不方便。

實(shí)際操作的時(shí)候，西門子808D系統(tǒng)做一個(gè)工件(主要是螺紋和幾個(gè)倒角，由于工件材質(zhì)比較硬，車螺紋分了12刀)，西門子808D系統(tǒng)用 CYCLE 99 需要 21 s，而廣數(shù) 980TDB系統(tǒng) 用 G92 循環(huán)只需要 12 s左右。通過(guò)參照此前西門子提供的共享文檔，并修改相應(yīng)的參數(shù)，西門子808D系統(tǒng)用 CYCLE 99 加 工的時(shí)間變?yōu)?14 s，雖然每個(gè)工件縮短了近 7 s的加工時(shí)間，但是用戶覺(jué)得 CYCLE 99 循環(huán)時(shí) 每次X軸退刀和進(jìn)刀時(shí)都有停頓，一個(gè)工件 12 刀車螺紋，就會(huì)停 24 下，而廣數(shù) 980TDB系統(tǒng) 卻沒(méi)有這種停頓，用戶希望能夠?qū)⑼ｎD消除，使得加工時(shí)間能夠更加接近 980TDB的 12 s。可是現(xiàn)場(chǎng)無(wú)論是加 G64、修改 CYCLE 99 參數(shù)還是用 G64+G291+G92 去加工， 都無(wú)法消除停頓。最后用 G64+G33 編程進(jìn)行加工，沒(méi)有這種停頓，加工時(shí)間也縮短至11 s。西門子CYCLE99對(duì)話框如圖1所示，對(duì)話框含義如圖2所示。

5　G64、G33方式特點(diǎn)

連續(xù)路徑加工 G64，連續(xù)路徑加工方式的目的就是在一個(gè)程序段到下一個(gè)程序段轉(zhuǎn)換過(guò)程中避免進(jìn)給停頓，并使其盡可能以相同的軌跡速度，切線過(guò)渡，轉(zhuǎn)換到下一個(gè)程序段，并以可預(yù)見(jiàn)的速度過(guò)渡執(zhí)行下一個(gè)程序段的功能。在有拐角的軌跡過(guò)渡時(shí)非切線過(guò)渡，有時(shí)必須降低速度，從而保證程序段轉(zhuǎn)換時(shí)不發(fā)生速度的突然變化。在 G64 連續(xù)路徑加工方式下，控制系統(tǒng)預(yù)先自動(dòng)確定幾個(gè)NC程序段的速度,在接近切線過(guò)渡的情況下,可以連續(xù)幾個(gè)程序段進(jìn)行加速或減速，若加工路徑由幾個(gè)較短的位移組成 ，則使用前瞻功能可以達(dá)到更高的速度。G64與G60的比較如圖3所示。

用 G33 功能可以加工下述各種類型的恒螺距螺紋:圓柱螺紋, 圓錐螺紋 ,外螺紋/內(nèi)螺紋, 單螺紋和多重螺紋，G33指令一直有效，直到被 G 功能組中其他的指令(GO，Gl，G2，G3，…)取代為止，如果多個(gè)螺紋段連續(xù)編程，則起始點(diǎn)偏移只在第一個(gè)螺紋段中有效，也只有在這里才使用此參數(shù)。多段連續(xù)螺紋之間的過(guò)渡可以通過(guò)G64(連續(xù)路徑方式)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。

6　工件加工實(shí)例

(1)工件圖及走刀選擇

工件圖如圖4所示。

刀尖角為35°，圖形如圖5所示。

刀具的走到軌跡如圖6所示。

(2)粗車蝸桿加工宏程序

MM1.MPF

G64

T03D1

M03S350F100

R1=8.8 (蝸桿全齒高)

R2=2.788 (齒根槽寬W=2.788 mm)

R3=2.4 (刀頭寬t=2.4 mm)

WHLIE R1>=0

R4=R1*2+30.4(計(jì)算X軸尺寸。齒根圓為30.4 mm)

R5=R1*TAN(20*PI/180)*2+R2(計(jì)算Z軸尺寸)

WHLIE R5>=R3

G00 X50 Z8 M08 (循環(huán)起點(diǎn))

G00 Z=(8+(R5-R3)/2)(Z軸向右邊移動(dòng))

G33 X=(R4)Z-87 F12.56 (車蝸桿)

G00 Z=(8-(R5-R3)/2)(Z軸向右邊移動(dòng))

G33 X=(R4)Z-87 F12.56 (車蝸桿)

R5=R5-R3 (每次循環(huán)的切削寬度2.3 mm)

END

R1=R1-0.25 (每次循環(huán)的切削深度0.25 mm)

END

G0X150Z8M09

M5

M2

(3)精車蝸桿宏程序

MM2.MPF

G64

T03D1

M03S350F100

R1=8.8(蝸桿全齒高)

R2=2.788+ Sx/2 (齒根槽寬2.788+軸向齒厚Sx/2)

R3=2.4(刀頭寬t=2.4 mm)

WHLIE R1>=0

R4=R1*2+30.4(計(jì)算X軸尺寸。齒根圓為30.4 mm)

R5=R1*TAN(20*PI/180)*2+R2 (計(jì)算Z軸尺寸)

G00 X50 Z8 M08 (循環(huán)起點(diǎn))

G00 Z=(8+(R5-R3)/2)(Z軸向右邊移動(dòng))

G32 X=(R4)Z-87 F12.56 (車蝸桿)

G00 Z=(8-(R5-R3)/2)(Z軸向右邊移動(dòng))

G32 X=(R4)Z-87 F12.56 (車蝸桿)

R1=R1-0.1 (每次循環(huán)的切削深度0.1 mm)

END

G0X150Z8M09

M5

M2

成功加工蝸桿工件圖如圖7所示。

7　結(jié)語(yǔ)

本文介紹的編程方法，從程序指令的優(yōu)化出發(fā)，利用數(shù)控車床的不同指令組合，使加工蝸桿的時(shí)間大大縮短，同時(shí)，工件質(zhì)量穩(wěn)定；數(shù)控程序簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)，刀具磨損小。大大縮短了生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率，也增加了操作者的收益。

[1] 西門子808D系統(tǒng)操作編程-車床版[Z].2012.

[2] 西門子808D系統(tǒng)調(diào)試指南[Z].2012.

[3] 西門子V60驅(qū)動(dòng)手冊(cè)[Z].2009.

(編輯孫德茂)

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Examples of using Siemens 808D system to complete worm machining quickly

LIU Ning

(SMTCL, Shenyang 110142, CHN)

Expounds how to use the Siemens 808D system to process worm parts, through the optimization process to shorten the processing time of worm, improve the processing efficiency.

Siemens 808D system; fixed cycle; G64; G33; worm processing

TP273

B

劉寧，男，電氣工程師，主要研究方向?yàn)殡姎鈭D紙?jiān)O(shè)計(jì)及數(shù)控系統(tǒng)PLC編寫(xiě)。

2015-06-30)

160437