圓柱面插補加工封閉雙向回程螺桿

■鄭州飛機裝備有限責任公司 （河南鄭州 450005） 何明輝 陶衛軍 于海鵬

封閉雙向回程螺桿是一種特殊的傳動螺桿，在左旋、右旋兩個螺旋槽首尾與和螺旋相切的圓弧相連接，構成封閉回路，無空刀槽，兩個螺旋槽相連部位的圓滑過渡是加工的難點。封閉雙向回程螺桿的牙型一般為方牙螺紋，傳統的機械加工常采用車削、銑削配合的方法進行加工，即先由銑削加工出兩端的圓弧溝槽，再由車削沿溝槽進給車出左、右兩個螺旋槽，這種方法在加工兩個螺旋槽連接部位時存在較大誤差，通常需要經過鉗工的銼修、拋光后才能滿足使用要求。若采用數控車床加工該螺桿，左、右兩個螺旋槽相連部位的圓滑過渡不易控制，連接部位較尖，滑塊易卡死。針對以上問題，我們經過摸索試制，采用哈挺車削中心T42的圓柱面插補功能加工此類螺桿，滿足滑塊的平滑移動。

1. 圓柱面插補功能G107

圓柱面插補功能利用銑刀旋轉和機床主軸具備的C軸運動，實現對圓柱外徑進行輪廓銑削加工，在執行圓柱面插補G107時，G19指令用于選擇Z、C工作平面，僅需使用線性的Z值、角向C值（單位：度）和進給速率來指定位移的終點位置。圓柱面插補使用的坐標系如圖1所示。

圖1 坐標系示意

圓柱面插補編程規則：

1）當G107有效后，不允許使用G00快速定位功能。當使用圓弧插補G02、G03時，圓弧半徑使用R字進行編程。

2）C軸啟動指令M23必須在主軸使用圓柱面插補之前，且主軸必須被定向到0°。

3）在G107圓柱面插補指令程序段中，C字是指被加工工件的半徑。圓柱面插補時C軸的單位是角度，X字被用來定義切削深度，進給速度單位mm/min。

4）在圓柱面插補被取消以后，G19指令一直保持有效，必須用G18指令選擇X、Z工作平面。

5）加工完成后切記用M24指令取消主軸C軸模式。

2. 封閉雙向回程螺桿加工示例

封閉雙向回程螺桿如圖2所示，螺紋大徑為φ 24mm，底徑為φ16mm，牙型為4mm×4mm方牙，左、右兩個螺旋槽首尾由和螺旋槽相切的R≥50mm圓弧相連接，螺距為22mm，螺紋長度220mm，由9個整螺距和兩端各半個螺距的過渡圓弧組成。

（1）加工方法和尺寸 在車削中心上用圓柱面插補功能加工封閉雙向回程螺桿，根據兩個螺旋槽側面展開的形狀編制程序，螺旋線需展開轉化為C軸角度值參與計算，C軸旋轉一周360°即為一個螺距，螺紋長度即為Z軸數值。計算C值總數（雙向計算）：

圖2 封閉雙向回程螺桿

C＝（Z軸行程÷螺距）× 360°＝7 200°

C 指令取負值時（主軸正轉）用于右手螺旋。

通過進給曲線計算，求得R≥50mm圓弧實為R＝50.8mm，因刀具為D4mm合金立銑刀，刀具直徑等于槽寬，計算無需考慮半徑補償，所以Z軸長度Z＝220mm-D＝216mm，過渡圓弧 R＝50.8mm-R刀＝48.8mm（d、R刀分別為刀具直徑和半徑）。

切削深度為牙型高度h ＝4mm，因φ4mm合金立銑刀剛性不足，不能一次銑削完成，故需編制宏程序進行分層加工。

（2）編程加工程序 加工程序如下：

O0001；

N1；

M98P1; （調用安全換刀子程序）

T0202; （D4mm合金立銑刀）

G97 S2000 M53 P3;

M23; （啟用主軸C軸模式）

G0X25.Z0.;

G19 C0.; （選擇工作平面，定向主軸到0°）

G1 G107 C12.; （啟用圓柱面插補和零件半徑）

#11=22.4; （X向賦值，切削底徑初值）

N10 G1 X#11 F30.; （X向進給，單位mm/min）

G2 Z-1.954 C-66. R48.8F120; （加工過渡圓弧R）

G1 C-3535 Z-213.677; （加工右旋螺旋槽）

G3 C-3600 Z-216. R48.8; （加工過渡圓弧R）

C-3535 Z-213.677 R48.8;

G1 Z-1.954 C-7133; （加工左旋螺旋槽）

G2 C-7200 Z0 R48.8; （加工過渡圓弧R）

G1 X25.; （移離工件）

G19 C0.; （選擇工作平面，定向主軸到0°）

#11=#11-1.6; （X向進給計算，每層遞減1.6mm）

IF［#11GE16］GOTO10; （X向終點判別）

G107 C0.; （取消圓柱面插補）G18; （工作平面選擇）

M24 ; （取消主軸C軸模式）

M98P1;

M30;

3. 結語

圓柱面插補指令加工封閉雙向回程螺桿，不受螺紋升角影響，把封閉螺旋槽展開成直線進行加工，左旋、右旋兩個螺旋槽首尾相切、圓滑過渡，使工件的形狀精度、位置精度得到提高，滑塊在兩個螺旋槽中的運動順暢，適用于凸輪、螺桿、油槽及其他異形槽的數控加工。同時，該方法和程序也可以在帶A軸的加工中心上進行加工。