■中石化石油工程機(jī)械有限公司第四機(jī)械廠 (湖北荊州 434024) 周俊堂
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鋼絲繩繩頭固定器是油田各型鉆、修機(jī)鉤載起升設(shè)備中的重要零件之一,在其固定鋼絲繩繩頭時(shí)使鋼絲繩按其旋向和固繩器螺旋槽相吻合,壓緊鋼絲繩。如圖1所示是一種固定鋼絲繩的座體下半部(技術(shù)要求:圓弧槽右旋,捻節(jié)距245mm;整圓頭數(shù)6個(gè)),其內(nèi)槽特征是與鋼絲繩外輪廓相對(duì)應(yīng)的螺旋槽形狀,在內(nèi)槽圓周上均布有6處圓弧輪廓的螺旋槽,圓弧槽半徑為8mm,鋼絲繩捻節(jié)距為245mm。
針對(duì)該產(chǎn)品特征結(jié)合本單位工藝資源的情況,制定了如下工藝方案:下整體方形料→銑外形→鉆內(nèi)孔→車外形、內(nèi)孔螺旋槽→鋸開→銑面、鉆4孔;具體分析該產(chǎn)品的加工難點(diǎn)在于內(nèi)槽圓周上均布6處圓弧輪廓的螺旋槽的加工,本文重點(diǎn)對(duì)此進(jìn)行介紹。
由于該產(chǎn)品在內(nèi)孔圓周上均布6處圓弧輪廓的螺旋槽特征,所以需采用主軸帶C軸功能的數(shù)控車床來完成加工,此類數(shù)控車床主軸在圓周上可以進(jìn)行360°角度定位,先通過C軸的角度與X軸方向的直徑定位配合形成圓頭車刀中心軌跡的圓弧輪廓逼近,再進(jìn)行Z軸與C軸同步的螺旋軌跡的進(jìn)給,從而完成單個(gè)端面圓弧輪廓螺旋槽的加工(圓頭車刀的中心軌跡路徑見圖2),其余5個(gè)相同的螺旋槽只需進(jìn)行C軸角度的增量偏移就可完成加工。
在車削刀具的選用上,因要通過圓弧逼近的方法擬合圓弧槽輪廓的方法,所以車削中采用的圓頭車刀是R5mm的圓弧車刀進(jìn)行立裝并垂直于Z軸端面圓弧輪廓方向(見圖3)。由于所加工的孔徑較小且深,刀桿長(zhǎng)徑比超過5倍,所以盡量選用整體硬質(zhì)合金刀桿來保證刀桿剛性;加工過程中,刀具易產(chǎn)生振動(dòng),影響加工效率和表面質(zhì)量,減少振動(dòng)影響的方法如下:
圖1
圖2 車端面圓弧輪廓分度
(1)刀具安裝時(shí),刀桿伸出部分盡量短,以比內(nèi)孔長(zhǎng)度長(zhǎng)3~5mm為宜,可以一定程度提高刀桿剛性。
(2)盡量增加刀桿截面積,按內(nèi)孔直徑設(shè)計(jì)刀桿直徑為25mm,這樣也能提高刀桿剛性。
(3)R5mm圓弧刀頭選用耐磨性較好的W6Mo5Cr4V2牌號(hào)的高速鋼刃磨,將刀刃刃磨鋒利,降低切削力。
(4)采用移圓法和車圓法穿插進(jìn)行車削加工,減少切削刃與加工面接觸面積,降低切削力。本產(chǎn)品每次進(jìn)給深度為0.5mm。
移圓法:采用相同的圓弧半徑逐步向底徑進(jìn)刀,即分層車削。
車圓法:采用不同的圓弧半徑逐步加大,最終達(dá)到成品尺寸。
(5)合理選用切削用量,澆注切削液,充分冷卻至車刀頭,減少刀具磨損。
圖3 圓弧頭車刀
通過對(duì)單個(gè)圓弧輪廓的角度分解,先從11.48°~0°進(jìn)行車削(見圖2a),再?gòu)?48.52°~0°進(jìn)行車削(見圖2c)。以下是單個(gè)圓弧輪廓螺旋槽的車削加工的數(shù)控程序,其余5個(gè)螺旋槽只需將主軸C軸的工件坐標(biāo)增量旋轉(zhuǎn)60°分別進(jìn)行5次就可完成所有螺旋槽的加工。
具體數(shù)控程序如下(局部):
N1
R0=1.148 R1=15 R2=3 R3=11.48 R4=0 R5=245 R41=3600 R40=4000
G00X=31-10
Z100
BB:M3S10
R3=R3-R4
G00X=31-10
G01G90C=R3 F=R41
R6=SQRT(R2*R2-(R1*SIN(R3))*(R1*SIN(R3)))+R1*COS(R3)
X=R6*2 F1500
Z2
G01G91Z-105 C=(105/R5)*360 F=R40
G01G90X=31-10
Z2.0
R4=R4+R0
IF R3>0 GOTOB BB
G00Z100
M00
N2
R0=1.148 R1=15 R2=3 R3=-11.48+360 R4=0 R5=245 R41=3600 R40=4000
G00X=31-10
Z100
BB1:M3S10
R3=R3+R4
G00X=31-10
G01G90C=R3 F=R41
R6=SQRT(R2*R2-(R1*SIN(R3))*(R1*SIN(R3)))+R1*COS(R3)
X=R6*2 F1500
Z2
G01G91Z-105 C=(105/R5)*360 F=R40
G01G90X=31-10
Z2.0
R4=R4+R0
IF R3<360 GOTOB BB1
G00Z100
M00
M30
宏變量參數(shù)的意義:
R0 圓弧角度增量
R1 螺旋槽大徑
R2 刀路圓弧半徑
R3 圓弧角度起始值
R4 圓弧角度變量
R5 節(jié)距
R41 進(jìn)給速度
R40 進(jìn)給速度
本文介紹的加工方法制定了合理的數(shù)控車削工藝方法,根據(jù)產(chǎn)品特征設(shè)計(jì)車削刀具,并編制了靈活使用的數(shù)控宏程序,使數(shù)控程序更加簡(jiǎn)單、標(biāo)準(zhǔn)化,便于程序的調(diào)試與應(yīng)用,高效地完成了內(nèi)孔螺旋槽的加工。