齒輪箱R79.5mm大圓弧槽宏程序編制及工藝優化

■北方智能微機電集團有限公司 （北京 101149） 李桂臣

齒輪箱R79.5mm大圓弧槽宏程序編制及工藝優化

■北方智能微機電集團有限公司 （北京 101149） 李桂臣

摘要：在G18或G19方向上的大圓弧槽加工，當鑄造余量較大時，不同的工藝，不同的編程方式往往會產生不同的結果。通過下面的例子，大家會發現優化工藝、優化程序會極大的提高加工效率。

三軸立式數控機床在G17平面內編制圓弧銑削程序比較簡單，刀具應用也沒有什么難度。但是我們有時候會遇到工件的大圓弧槽是在G18或G19方向上的，圓弧槽半徑又比較大，而且鑄造余量也非常大。這時，為了不和其他部位干涉，機床所用刀具比正常刀具要伸長很多，刀具的加工剛性非常差。我們必須要將進給降低，尤其編程要非常仔細，以防止稍微的錯誤而撞到工件，造成工件、刀具，甚至機床主軸的損壞。當然，條條大路通羅馬，工藝過程可以不同，編程方式也可以大不相同，但結果會在效率上有很大的差別。

1. 工件介紹

該件為我司專機上單軸主軸箱體的齒輪箱，中間預鑄出部分圓弧，圓弧底部未鑄出，留余量較大。外形為圓形，裝夾加工也有一定的難度。零件加工內容如圖1所示。

圖1

2. 加工工藝分析

（1）由于工件的材料去除率較大，工件在加工過程中應該盡量采用小的切削深度及快速的走刀，即所謂的輕刀快走，盡量減少變形發生的可能性。

（2）工件外形為圓形不好裝夾，只能采取V形鐵定位，用壓板壓緊的方式。由于直徑不同，前半部伸出V形鐵，為了切削平穩，前部用螺旋支桿（千斤頂）頂住。

（3）前部壓緊部有表面粗糙度值要求，則最好在壓緊面處墊上軟銅皮或者紙，以免劃傷工件。

（4）由于工件的圓弧R較大，刀具伸出又必須防止撞到壓板，所以伸出長度應在210mm以上。

（5）側面應做一側向定位，以便能夠進行小批生產。如圖2所示，可利用工件的大圓端面靠在V形鐵的側面，以保證加工定位的一致性。

圖2

3. 實際加工工藝過程

（1）工件裝夾。選用長的V形塊，盡量增加工件與V形塊的接觸面積，以保證工件裝夾的穩定性。V形塊拉直側母線后，兩邊各用一個壓板壓緊，保證與X軸平行。大圓的內端面作為軸向的定位，緊靠在V形塊的左端面。從圖2中我們可以發現R79.5mm圓弧加工位置已經懸伸出主定位外很多，這對于加工是很不利的，會產生振動，容易損壞刀具。于是，在伸出端支上一個小千斤頂，上面壓上壓板，以增加加工時的剛性。因為工件被壓處外徑有表面粗糙度值Ra=1.6μm的要求，建議最好墊上銅皮或疊加的硬紙片，以免劃傷影響工件外觀質量。

（2）原點設置X向零點為（54±0.1）mm槽的中間部位，Y向零點為定位大圓的軸線，Z向零點設為R79.5mm的圓心。

（3）刀具選用。要加工出大圓弧，保證尺寸及一定的表面粗糙度值要求，必須采用球形銑刀才行。根據圓弧深度及壓板高度，以不干涉及碰撞為首要，選取我公司標準刀具：220mm長，直徑φ32mm焊接球銑刀。對于圓弧槽上部一段直槽，采用直徑φ32mm機夾銑刀進行加工，下部的圓弧槽也采用此刀具進行粗加工，可以極大提高加工效率。

（4）加工步驟安排。如圖1所示，大圓直徑上母線到尺寸131.5～20mm上面，這部分是直槽，寬（54±0.1）mm，長度超出（79.5+79.5）mm，可以采用φ32mm機夾銑刀進行加工。參看圖1左邊部分，我們會發現，這個R79.5mm圓弧槽并不是直上直下的槽，到底部有R16max的收口，因此，R16mm圓弧以上需要一個粗加工編程，而R16mm以下需要再編一個粗加工程序。精加工時用φ32mm焊接球銑刀在G19平面內編圓弧程序即可。

4. 編制程序

操作者由于編程水平有限，在編制銑R79.5mm大圓弧時，編的程序比較簡單，直接用球銑刀進行粗精加工，由于余量比較大，刀具伸出又比較長，考慮到刀具剛性及球銑刀的特性，所以每層吃刀小于0.5mm。程序如下：

G40G80

G90G54G0X-11.Y63.5

G43H2Z100.M3S1200

G0Z30.

G01Z0F1000

M98H1001L11

G90G01Z180.F2000

G90G0Z250.M5

G49Z-100.

M00

N1001

G19G90G02Y-63.5Z0R-63.5F1000

G01Z30.F1000

G01Z120.F2000

G91G01X2.

G90G0Y63.5

M99

此程序編寫簡單，但鑄件的加工留量比較大，球銑刀為了保證每刀吃刀量既小又均勻，不得不將刀具長度向上補償25mm。每銑完一層，手動改長度補償，每次下降0.5mm。這樣加工數據很容易改錯，且人不能離開機床，效率極低，最初加工一件箱體需要近2天的時間，以至于10個箱體需要3周時間，嚴重影響了進度。

為此，我仔細研究了圖樣之

后，優化了工藝過程，將粗精加工分開，利用宏程序自動進行加工，將人的失誤因素和勞動量極大減小。具體工藝如下：

（1）先將口部20mm的直槽銑至尺寸要求（刀具為φ32mm的機夾銑刀）。

（2）粗銑R16mm圓弧以上部位的R79.5mm圓弧（刀具為φ32mm的機夾銑刀）。

（3）粗銑R16mm圓弧以上部位的R79.5mm圓弧（刀具為φ32mm的機夾銑刀）。

（4）精銑R79.5mm圓弧面（刀具為φ32mm的球銑刀）。

程序如下：

N1G40G80（φ32mm的機夾銑刀）

G90G54G0X0Y0

G43H2Z100.M3S1200

#26=52.

Z60.

WHILE [#26GE20.] DO1

G90G01Z#26F1000

G90G41G01X27.D9F800

G01Y79.5

Y27.

Y-79.5

X27.

G01Y0

G40G01X0

#26=#26-1.

END1

G90G0Z200.M5

G49Z-100.

M00

N2G40G80（φ32mm的機夾銑刀）

G90G0G54X0Y0

G43H2Z100M3S1200

#2=0

N300#3=6320.25

#4=#2*#2

#5=SQRT[#3-#4]

G01Z#2F500

G90G01G41X27.Y0D10F2000

Y#5

X-27.

Y-#5

X27.

Y0

G40G01X0

#2=#2-0.5

IF[#2GE-63.5]GOTO300

G90G40Z200.M5

G49Z-100.

M00

N3（φ32mm的機夾銑刀）

#8=-63.5（R79.5mm去掉刀具半徑值16）

#9=6320.25

#10=#8*#8

#11=SQRT[#9-#10]

#14=0

#15=256(R16mm處計算半徑的平方)

#16=#14*#14

#7=SQRT[#15-#16]

G01Z#8F500

G90G01G41X#17Y0D10F2000

Y#11

X-#17

Y-#11

X#17

Y0

G40G01X0

#8=#8-0.5

#14=#14-0.5

IF[#8GE-79.5]GOTO3

G90G0Z200.M5

G49Z-100;M00

N4G40G80(φ32mm球銑刀)

G90G54G0X-11.Y63.5

G43H3Z150.S1000M3

#100=17.

N500#101=11.

G90G0X-11.Y63.5

N600G01Z#100.F1000

G90 G19 G02 Y-63.5 Z#100 R-63.5F1000

G01Z120.F2000

G91G01X2.

G90G0Y63.5

#101=#101-1.

IF[#101GE0]GOTO600

#100=#100-0.5

IF[#100GE0]GOTO500

G90G01Z180.F2000

G90G0Z200.M5

G49Z-100.

M30

程序量雖然很大，但是加工效率卻得到了極大的提高，改進工藝及程序后，此件2～3h即可完成。刀具加工量均勻，走刀平穩。

5. 結語

由此可見，工藝的優化及宏程序的應用在加工中必不可少。不論多么復雜的工件，只要采取最優的工藝加工路徑，編制全自動宏程序，都能極大減少工人的勞動強度，成倍提高加工效率。

參考文獻：

[1] 杜軍.數控宏程序編程手冊[M].北京：化學工業出版社，2014.

[2] 梁炳文.機械加工工藝與竅門精選[M].北京：機械工業出版社，2003.

收稿日期：（20141018）