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                            姜世鋒
               大連船用柴油機(jī)有限公司
內(nèi)容提要：圓弧形螺旋槽的深度較深，寬度大、螺距大，采用數(shù)控系統(tǒng)自帶的標(biāo)準(zhǔn)螺紋切削指令編制加工半圓形螺旋槽或圓弧圓心角大于180°的圓弧形螺旋槽時(shí)，程序編寫(xiě)較復(fù)雜繁瑣，而且當(dāng)圓弧形螺紋的導(dǎo)程、公稱(chēng)直徑、長(zhǎng)度、螺紋槽深、牙寬、圓弧半徑等參數(shù)中任何一值不同時(shí)，就需要重新編制程序。如果能編制出圓弧螺紋加工的通用宏程序模板，就可以解決這一問(wèn)題。且可以簡(jiǎn)化程序，提高生產(chǎn)效率，降低加工成本。
主題詞：圓弧形螺旋槽；數(shù)控加工；宏程序
引言
       數(shù)控系統(tǒng)中常用的螺紋切削指令主要是編制內(nèi)外圓柱螺紋、圓錐螺紋和多線(xiàn)螺紋等較規(guī)則和螺距較小的常用的連接螺紋的加工程序，且螺紋的牙形也僅限于三角形。多采用直進(jìn)式進(jìn)刀。
       圓弧形螺旋槽的深度較深，寬度大、螺距大，采用數(shù)控系統(tǒng)自帶的標(biāo)準(zhǔn)螺紋切削指令編制加工半圓形螺旋槽，或圓弧圓心角大于180°的圓弧形螺旋槽時(shí)程序編寫(xiě)較復(fù)雜繁瑣，而且當(dāng)圓弧形螺旋槽的導(dǎo)程、公稱(chēng)直徑、長(zhǎng)度、螺紋槽深、牙寬、圓弧半徑等參數(shù)中任何一值不同時(shí)，就需要重新編制程序。如果能編制出圓弧形螺旋槽加工的通用程序模板，就可以解決這一問(wèn)題。且可以簡(jiǎn)化程序，提高生產(chǎn)效率，降低加工成本。
1、圓弧形螺旋槽的基本形式
       如圖一所示，這是為某船廠600T吊車(chē)項(xiàng)目中加工的上小車(chē)鋼絲繩卷筒圓弧形螺旋槽簡(jiǎn)圖。
       圓弧形螺旋槽導(dǎo)程為47mm，槽底直徑Φ2112mm，螺旋長(zhǎng)度6345mm，螺旋槽深16mm，圓弧半徑R23mm，螺旋槽旋向?yàn)橛倚?br/>

                  圖一 單一旋向螺旋槽簡(jiǎn)圖
       圓弧形螺旋槽旋向還有左旋，有時(shí)左、右旋可同時(shí)在一個(gè)卷筒上采用。見(jiàn)圖二

            圖二 左右旋向螺旋槽簡(jiǎn)圖
      根據(jù)繩槽的深度，小于半徑為標(biāo)準(zhǔn)繩槽，大于半徑為加深繩槽。只有當(dāng)鋼絲繩有脫槽危險(xiǎn)時(shí)才采用加深繩槽。
2、圓弧形螺旋槽的加工工藝性分析
2.1 圓弧形螺旋槽加工方式
       由于圓弧形螺旋槽的牙型較深，寬度較大，螺距較大，車(chē)削圓弧形螺旋槽時(shí)切削余量和切削抗力均比較大。為盡量避免車(chē)削熱和車(chē)削阻力給加工帶來(lái)的誤差，以及切削過(guò)程中刀具刃口損傷，車(chē)削多采用低速方式。當(dāng)工件較長(zhǎng)時(shí)，為避免加工時(shí)產(chǎn)生更大的切削力而產(chǎn)生顫振，需采用“一夾一頂”的裝夾方式，甚至還需要上中心架。
       車(chē)削圓弧形螺旋槽時(shí)，雖然圓弧形車(chē)刀圓弧刃每一點(diǎn)都是圓弧形車(chē)刀的刀尖，刀具可以三面車(chē)削，但為了防止刀具損傷，要求在加工螺紋時(shí)切削力不能太大，否則極易產(chǎn)生應(yīng)力變形，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此不能僅僅簡(jiǎn)單使用螺紋切削指令G33來(lái)進(jìn)行直接加工。
      相比之下，采用普通車(chē)床加工螺紋的分層切削法，則可以克服傳統(tǒng)加工方法的缺陷，有效減少刀具受力。其走刀過(guò)程是先將螺紋Z向分成若干層，每層Z向再分成若干次進(jìn)刀，這種方法使刀具單向受力，工件平穩(wěn)，不易產(chǎn)生振動(dòng)。而且可將圓弧形螺旋槽的切削進(jìn)刀過(guò)程規(guī)律化，編程思路清晰。
2.2刀具選擇
       加工圓弧形螺旋槽時(shí)，使用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控機(jī)夾車(chē)刀是根本不行的。尖形車(chē)刀和寬度較小的普通切槽刀尚可勉強(qiáng)使用。但若遇到螺紋的弧形大于或等于半圓時(shí)，使用尖形車(chē)刀和普通切槽刀就會(huì)發(fā)生干涉。
       圓弧形車(chē)刀可以用于車(chē)削內(nèi)外表面，特別適合于車(chē)削各種曲線(xiàn)光滑連接（凹形）的成型面。其特點(diǎn)是構(gòu)成主切削刃的刀刃為一圓度誤差或線(xiàn)輪廓誤差很小的圓弧，該圓弧刃每一點(diǎn)都是圓弧形車(chē)刀的刀尖，因此刀位點(diǎn)不在圓弧上而在該圓弧的圓心。注意對(duì)刀時(shí)應(yīng)以圓弧的圓心為刀位點(diǎn)對(duì)刀。選擇車(chē)刀圓弧半徑時(shí)應(yīng)考慮兩點(diǎn)：
①車(chē)刀切削刃的圓弧應(yīng)小于或等于零件凹形輪廓上的最小曲率半徑，以免發(fā)生加工干涉
②為留有一定的調(diào)整和精車(chē)余量，圓弧車(chē)刀半徑小于圓弧形螺旋槽的半徑，但也不宜太小，否則不僅制造困難，還會(huì)因刀尖強(qiáng)度太弱，或刀體散熱能力差而導(dǎo)致車(chē)刀損壞。
       在經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)后，在加工圓弧半徑為R20-R30的圓弧形螺旋槽時(shí)選用R8機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車(chē)刀最為經(jīng)濟(jì)實(shí)用。不僅可以保證刀具的剛度和韌性，而且可以保證刀具的使用壽命。
3、程序設(shè)計(jì)
3.1變量及宏程序是西門(mén)子840D數(shù)控系統(tǒng)中的高級(jí)功能。使用變量參數(shù)和宏程序，可以充分利用數(shù)控系統(tǒng)中的數(shù)學(xué)指令，靈活編程，簡(jiǎn)化操作，大大提高加工效率。
3.2程序設(shè)計(jì)特點(diǎn)

 
          圖三 程序簡(jiǎn)圖

       如圖三所示，圓弧螺旋槽截面特點(diǎn)為圓弧形，依據(jù)數(shù)據(jù)密化原理，根據(jù)曲線(xiàn)公式表達(dá)出曲線(xiàn)上的點(diǎn)的坐標(biāo)值，然后用螺紋指令G33，沿著這些坐標(biāo)值依次車(chē)削就能走出圓弧螺旋槽。                              
3.3卷筒圓弧螺旋槽精加工程序節(jié)選
S20  M4  T1  D1
G0 X140
Z0                                         
R1=15；圓弧半徑                               
R2=-15；入刀角度
R3=3；增量角度
R4=50；刀數(shù)
FF1:G0 G90 G22 X70
Z0
X=SIN(R2)ХR1  Z=COS(R2)ХR1   
G33 Z-6500 K=47
G0 X70
Z0
R4=R4-1 R2=R2-R3
IF R4＞0 GOTOB FF1
M02
       程序中R1是圓弧半徑，軌跡上某一點(diǎn)的坐標(biāo)為（X,Z），利用三角函數(shù)原理可以計(jì)算出X=SIN(R2)ХR1  Z=COS(R2)ХR1。把刀具在車(chē)削圓弧的起始角度和終止角度之間分成若干等分，只要分割的角度足夠小，就能插補(bǔ)出較為光滑的圓弧螺旋槽。
程序中 R 2 是起始入刀角度。
       程序中 R3 是增量角度。R2（起始角度）+ R3（增量角度）在宏程序中通過(guò)R4循環(huán)次數(shù)（50次）R3累加50次完成加工。
公式：R2（15）+R3（3×50）=175（終點(diǎn)角度）程序完成。
       宏程序中IF R4＞0 GOTOB FF1 ,IF是跳轉(zhuǎn)指令，R4＞0是指程序在0以前程序終止。
注解：（程序中R4=50，R4=R4-1,是指該程序循環(huán)50次）。GOTOB是向后跳轉(zhuǎn)指令，F(xiàn)F1是跳轉(zhuǎn)到FF1程序段。
注解：程序中R1=15是加工螺旋槽半徑尺寸，圖紙要求半徑是23，刀具半徑是8，所以R1=15（加工半徑）+8（刀具半徑）=23（成品半徑）。
       該程序是精加工程序（成品程序）。粗加工是通過(guò)R1=0開(kāi)始不斷變量到R1=15成品，這其中R2起始角度不斷變化，R3增量角度不斷變量，R4循環(huán)次數(shù)由少到多來(lái)完成。
4、工藝應(yīng)用
       本工藝已獲得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利（專(zhuān)利號(hào)2475005），已在國(guó)內(nèi)外許多關(guān)鍵項(xiàng)目上成功應(yīng)用。如為世界最大的FAST大型望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目加工的6個(gè)卷筒，其槽底直徑公差為0.2，且5個(gè)右旋，一個(gè)左旋。目前運(yùn)行良好；在國(guó)內(nèi)外眾多核電項(xiàng)目中的卷筒的圓弧螺旋槽，加工精度均要求較高，工況不良，國(guó)內(nèi)許多廠家無(wú)法完成，采用我司的專(zhuān)利技術(shù)，即可圓滿(mǎn)解決；為大船重工完成的600T吊車(chē)項(xiàng)目，被用戶(hù)譽(yù)為其現(xiàn)有吊車(chē)最好的一部。以上介紹的僅是本工藝實(shí)際應(yīng)用的范例。目前采用該工藝加工的產(chǎn)品已成為公司新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)。
 
資料索引：

機(jī)械工業(yè)出版社 華中工學(xué)院孫健 天津大學(xué)曾慶福 《機(jī)械制造工藝學(xué)》 1982

上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 華南工學(xué)院 甘肅工業(yè)大學(xué) 《金屬切削原理及刀具設(shè)計(jì)》 1980

上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 史美堂 《金屬材料及熱處理》 1980

 SINUMERIC 840D高級(jí)編程，SINMENS  AG,2004

 SINUMERIC 840D 基礎(chǔ)部分，SINMENS AG ,2004