利用宏程序加工大導程螺桿

陳津紅，王春光

秦皇島技師學院機械加工系， 河北秦皇島 066000

0 引言

大導程螺桿是指導程大，牙槽深并且形狀多為圓弧形或公式曲線的螺桿。在各種大型榨油機、榨汁機、及螺桿空壓機上被廣泛使用。因其形狀特殊，加工余量大，在實際加工時有一定難度，特別是在維修時單件生產體現的更明顯。筆者在實際生產中曾遇到過幾種螺桿，形式各不相同，有變導程的、有變直徑的、有圓槽的也有橢圓槽的。

下面以最典型的橢圓槽螺桿為例介紹一下在加工中總結的一點經驗。如圖一所示，螺桿螺距p=40mm，橢圓槽型的數學表達公式為x/152+y/52=1。長、短半軸數值均不大，但是采用G 代碼編程已經不能完成加工，此時宏程序就派上用場。

2 零件圖紙工藝分析

工件加工時提供的毛坯是Φ80×200 的40Gr 圓鋼材料，用車床加工毛坯臺階，然后加工螺旋槽。加工完畢后牙槽寬30mm，牙槽深5mm，螺距p=40mm。

槽內表面質量精度Ra1.6。材料切削難度不大，但螺距很大，牙槽雖不深，但加工量很大。

3 加工方法的選擇

從工件的形狀上分析，我們可以采用3 種加工方案：

1）數控車床加工，利用數控車床的螺紋功能和變量編程功能，通過改變螺紋起刀點來實現加工。但因加工吃刀深，產生的扭矩大，可能會使工件發生轉動移位，加工震動也比較大，最主要是螺距大，螺旋升角大會降低刀具強度，這會使加工難于進行，即使能進行也只能是低效率；

2）數控工具磨床加工，類似于刀具刃磨的加工方式，加工成本高；

3）四軸加工中心加工，利用第四軸旋轉進給配合縱向進給完成單刀加工，利用切入點的縱向與Z 向有規律變化實現輪廓成型，此加工方法刀具簡單，使用常見的高速鋼立銑刀粗加工，硬質合金球頭銑刀精加工輪廓，夾具也簡單，利用旋轉軸上的三爪卡盤就行。為了保證表面粗糙度，就要求提高工藝系統的剛性，刀具伸長量要嚴格控制，以能完成加工的前提下，盡量短為標準，否則，表面質量將難以保證。根據現實情況，我選用了第三種方法。

4 編寫程序

在加工方法安排好以后，要解決的問題就是走刀路線和程序編寫了，經過分析確定走刀路線如圖二，我們通過四軸加工中心的A 軸旋轉與X 軸平動來合成螺旋運動，在通過橢圓的參數方程角度變量的賦值運算出坐標值，并以此作為螺旋運動起點，運動起點隨變量值變化，變化規律恰好是橢圓的輪廓線。運動起點每變化一次，完成一次螺旋運動，所有的螺旋運動完成之后，運動軌跡擬合的曲面就是螺旋槽了。

縱向進給示意圖

現行的數控程序的編制中，主要有兩種編程方式：手工編程、自動編程。目前自動編程運用得越來越廣泛了，它大大節省了編程時間，減輕了操作工的勞動量，具有很強的可靠性；但手工編程在某些領域也是不可或缺的，手工編程至少在此以下幾方面有著自己的優勢：其一，合理的手工程序加工效率高于自動編程；其二，熟悉手工編程，可以修改自動程序，以實現優化；其三，自動編程的走刀路線限制了加工工藝，通過手工編程能彌補其不足。在手工編程過程中，用戶宏程序能極大提高程序編制和加工的效率，因此，我們在數控教學及實訓過程中，要把用戶宏程序的編制作為數控教學的重要內容之一。從歷年全國數控大賽的試題中也不難發現，用戶宏程序的編制是運用得極其頻繁的。 宏程序中的變量與運算關系列出如下：

1） 變量

（1）局部變量 #1-#33

一個在宏程序中局部使用的變量，其運算結果其他程序不可使用。

例：在一個宏程序中

#10=20 X#10 表示X20

另一個宏程序中則不起作用

斷電后清空，調用宏程序時代入變量值

（2）公共變量。早期（#100-#149，#500-#531 ）、新系統（#100-#199，#500-#999）

各用戶宏程序內公用的變量 ，其運算結果任何程序調用都相同。

例：上例中#10 改用#100 時，其它宏程序中的依然起作用

#100-#149 斷電后清空

#500-#531 保持型變量（斷電后不丟失）

2）條件式

#j EQ#k 表示=

#j NE#k 表示≠

#j GT#k 表示>

#j LT#k 表示<

#j GE#k 表示≥

#j LE#k 表示≤

3）運算公式#I=#JOK#k

#I=#JXOK#k

#I=#JAND#k

#I=SIN[#j] 正弦

#I=COS[#j] 余弦

#I=TAN[#j] 正切

#I=ATAN[#j] 反正切

#I=SQRT[#j] 平方根

#I=ABS[#j] 絕對值

#I=ROUND[#j] 四舍五入化整

#I=FIX[#j] 上取整

#I=FUP[#j] 下取整

#I=BIN[#j] BCD →BIN（二進制）

#I=BCN[#j] BIN →

以下是筆者編寫的加工程序：

N10 G54G00G68G40X0Y0

N20 Z50

N30 #1=15

N40 #2=5

N50 #3=0

N60 WHILE［#3GE180］DO1

N70 #4=#1*COS［#3］

N80 #5=#2*SIN［#3］

N90 G01 Z-#5 X［#4+30］F500

N100 G01 X-150 A-1440 F300

N110 #3=#3+0.5

N120 END1

N130 G0 Z100

N140 M08

N150 M05

N160 M30

粗加工時可以采用刀具長度補償法或平移坐標系法來完成。另外要加充足的切削液以滿足高速鋼刀具的冷卻要求。

5 常見問題及解決辦法

1）振動，在精加工時，由于刀具的高速旋轉，工件表面產生了較大振紋，不能達到表面粗糙度Ra1.6 的要求，如果后續加拋光工序就大大增加了成本。經過反復調試主軸轉速、進給速度和精加工余量，找到最好的加工效果；

2）切削過程平穩，但表面質量仍然不好，槽內出現與加工方向一致的紋路。嘗試把宏程序中N110中0.5改的更小一點，以改變行切步距，直到得到理想效果。如果仍然不理想，檢查刀具鋒利情況，及時更換刀具。

[1]史國義.等速圓柱凸輪的加工.金屬加工，2008(13).

[2]成家學.離心泵葉輪的加工.機械工人，2005(5).

[3]于久清.中重型卡車浮輪橋件擺臂的數控加工.機械工人，2005(5).