圓弧面或非圓弧曲面上螺旋線的數(shù)控車削

鐘 睿 劉春蘭

（江西贛州技師學(xué)院，江西 贛州341000）

0 引言

近些年來數(shù)控技能大賽受到國家、省、市、學(xué)院等各個層面的重視，其內(nèi)容也逐步完善，自第三屆全國數(shù)控技能大賽中出現(xiàn)圓弧面上加工螺旋線后，圓弧面或非圓弧曲面上加工螺旋線這一考核點就經(jīng)常出現(xiàn)在各省、市以及學(xué)院的技能大賽中。本文將結(jié)合實例，對圓弧面或非圓弧曲面的螺旋線加工進行工藝分析、數(shù)學(xué)分析、程序編制，從而與大家共同探討圓弧面或非圓弧曲面螺旋線的數(shù)控車削加工。

1 工藝分析

（1）在數(shù)控機床上加工螺旋線與加工螺紋一樣，由位置編碼器檢測主軸旋轉(zhuǎn)一圈的信號，刀具跟隨主軸同步旋轉(zhuǎn)進刀，切削加工出所需要導(dǎo)程的螺旋線，由于伺服系統(tǒng)存在一定滯后，刀具的升降速會使螺旋線開始與結(jié)束段的導(dǎo)程與加工要求存在一定的偏差，為了保障升降速階段的精度，在加工螺旋線時要留有足夠的升速和降速長度。圓弧面或非圓弧曲面上螺旋線的升降速階段應(yīng)設(shè)在圓弧面或非圓弧曲面上的延長線上，如圖1所示，一般升降速階段留約一個螺旋線即可。

圖1 螺旋線的升降速階段

（2）由于螺旋線加工一般采用成型刀，而成型刀一般是兩面切削或多面切削加工，切削力較大，而且排屑困難，因此，切削時，切削刃比較容易磨損。特別是切削較大的導(dǎo)程時，由于切削深度較大，刀刃磨損較快，故而會影響加工精度，所以應(yīng)采用分層每次進給量逐步遞減的方式來進行切削加工，其分層逐步遞減可按以下公式計算，并通過宏程序的嵌套來實現(xiàn)。

式中，Δapx為徑向進刀量，其中x指第x次走刀；ap為螺旋線槽深度；nap－1為走刀總數(shù)；第一次走刀k＝0.3，第二次以上走刀k＝x－1。

（3）循環(huán)指令（WHILE語句）：

WHILE［條件表達式］Do m（m＝1、2、3）

……

ENDWm

當(dāng)條件滿足時，就循環(huán)執(zhí)行DO到END之間和程序段（稱循環(huán)體）；當(dāng)條件不滿足時，就執(zhí)行END后的下一個程序段。DO和END后的數(shù)字用于指定程序執(zhí)行范圍的識別號，該識別號只能在1、2、3中取值，否則系統(tǒng)報警，循環(huán)嵌套數(shù)最多只能3層，其分層逐步遞減宏程序的嵌套格式如下：

#1＝ 徑向進刀量

#2＝ 第x次走刀（第一次走刀#2＝0）

#3＝ 螺旋槽深度

#4＝ 總走刀次數(shù)

WHILE#2LE#4DO 1判斷走刀次數(shù)是不是小于或等于總走刀次數(shù)

#1＝#4＊SQRT［ABS［#2－1］］／SQRT［#4－1］

……

WHILE#2EQ 0DO 2 判斷走刀次數(shù)是否等于0

#1＝#4＊SQRT［0.3］／SQRT［#4－1］第一次徑向進刀量

……

#2＝#2＋1

ENDW 2

……

#2＝#2＋1

ENDW 1

2 數(shù)學(xué)分析

由于數(shù)控車削加工中沒有單純的圓弧或非圓弧螺旋線的加工指令，因此，在加工圓弧面或非圓弧曲面螺旋線時，首先要確定圓弧面或非圓弧曲面的方程，然后根據(jù)方程采用若干個微小的直線段逼近的方式來數(shù)控車削加工，最后對每個微小的直線段采用G32指令進行擬合加工。擬合過程根據(jù)圖1計算如下（O為主軸軸線回轉(zhuǎn)中心、C為圓弧圓心）：

X軸的坐標(biāo)：

式中，OC為圓弧圓心X方向的偏移量；AG為每刀進給量。

式中，AC為圓弧半徑；BC等于20加螺旋線的升速階段。

3 程序編制

加工說明（圖2）：已知圓弧的方程X2＋Y2＝402，螺旋線的導(dǎo)程為8mm，槽深為2mm，螺旋槽為圓弧形，螺旋槽圓弧半徑為3mm，圓弧的圓心向下偏離軸心7.6mm，圓弧面直徑為64.8 mm，圓弧面寬度為40mm，車削螺旋槽時采用R3成型刀加工。

假設(shè)圓弧面已預(yù)先加工：

O1000

G54G00X100Z100

S600M03

T0101

G00X66Z8

#1＝2 切削深度

#2＝8 總走刀次數(shù)

圖2 加工說明

#3＝0 走刀數(shù)（第一刀設(shè)定為0）

#6＝7.6 圓弧螺旋線圓心偏離主軸軸心的長度（X軸方向）

#7＝40 圓弧螺旋線的半徑

#8＝8 圓弧螺旋線的螺距

WHILE#3LE#2DO 1 判斷走刀次數(shù)是不是小于或等于總走刀次數(shù)

#5＝28 圓弧螺旋線Z方向的起點的長度

#4＝#1＊SQRT［ABS［#3－1］］／SQRT［#2－1］徑向進刀量

G00X［2＊［SQRT［#7＊#7－#5＊#5］－#4－#6］］

WHILE#5GE［－28］DO 2

WHILE#3EQ 1DO 3 判斷走刀次數(shù)是不是等于0

#4＝#1＊SQRT［0.3］／SQRT［#2－1］ 第一次徑向進刀量

G00X［2＊［SQRT［#7＊#7－#5＊#5］－#4－#6］］

#3＝#3＋1

ENDW 3

G32X［2＊［SQRT［#7＊#7－#5＊#5］－#4－7.6］］Z［#5－28＋8］F#8

#5＝#5－#8

ENDW 2

G00X66

G00Z8

#3＝#3＋1 走刀次數(shù)計數(shù)，按每進一刀加一計算

ENDW 1

G00X100Z100

M30

4 結(jié)語

上述圓弧面螺旋線的加工與編程方法，通過試件的實際加工檢驗，表明切實可行，且在省市技能競賽中也累創(chuàng)佳績。

［1］陳海舟.數(shù)控機床銑削加工宏程序及應(yīng)用［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2006