封閉型螺旋槽的加工

姚文才

（廣東省國防科技技師學院，廣東 廣州510515）

汽車離合器進排氣座封閉槽的形狀類似于螺旋線，其主要特點是繞圓柱表面作螺旋線環(huán)繞一周，最終形成一頭首尾相接的軌跡。該封閉槽在實際應用中主要起分壓作用。由于此類零件的形狀較為特殊，用普通機床很難進行有效的加工，下面就以一臺配備GSK980TDA系統(tǒng)的經濟型數(shù)控車床為例進行加工說明。

1 零件圖樣

該工件的材料為不銹鋼304，工件的其他外輪廓尺寸都已車削到位，現(xiàn)只需按圖紙要求，在外表面上加工一條封閉型槽，具體見圖1、圖2所示。

圖1 零件正面圖

圖2 零件背面圖

2 加工方法的分析

2.1 加工方法的確定

該封閉槽是兩段等長相連的螺旋線繞圓柱表面旋轉一周后，形成一首尾相接的軌跡，所以首尾必須準確、平滑地連接在一起。粗車和精車的軌跡要保持同步，所以粗精車軌跡的進刀點必須在工件表面的同一點，從而決定了使用G32指令螺紋插補的方式進行加工，因數(shù)控機床的主軸上安裝有編碼器，當切削螺紋時，系統(tǒng)接收到主軸編碼器一轉信號才開始螺紋的加工，因此只要不改變主軸的轉速，即可使粗精車起刀點的位置在同一個點上，也就滿足了粗精車軌跡同步性的要求[1]。如果采用直線插補進行加工，是不檢測其軌跡的加工起點的，這樣就不能保證粗精車的進刀點始終是同一個點，也不能保證首尾平滑聯(lián)結在同一點。

2.2 G32指令的功能說明

G32指令為等螺距螺紋切削指令，其刀具的運動軌跡是從起點至終點的一條直線，如圖3；從起點到終點位移量較大的軸為長軸，另一坐標軸為短軸，運動過程中主軸每轉一周長軸移動一個導程，短軸與長軸作直線插補，刀具切削工件時，在工件表面形成一條等螺距的螺旋槽，從而實現(xiàn)等螺距螺紋的加工。

圖3 長軸、短軸的判斷方法

2.3 螺紋的分度原理

因圖樣中無法標注實際螺旋線的導程，現(xiàn)根據螺紋的分度原理進行分析計算。螺紋的分度原理是建立在螺旋線原理上的，當工件旋轉一周的同時，螺旋線所經過的直線位移即為一個導程的距離，也即是說當工件每轉過周的時候，螺旋線的直線位移將等于相應螺紋導程的，導程一般以F表示，所以該位移為mm。該封閉槽的軌跡是當工件旋轉一周時連續(xù)完成兩段等長螺紋的切削，可以看成一段為右旋螺紋，一段為左旋螺紋，剛好形成一個封閉的軌跡，由此可以看出，每段螺紋在圓周上的角位移為180°，即周，每一段螺紋從起點到終點的直線位移為3.5mm，即該螺紋的導程為

3 加工工藝的確定

3.1 工步的劃分

由于該封閉槽兩側面的光潔度要求較高，因此將劃分為2個工步，采用1把刀寬為5mm的道具作為粗車和精車。

3.2 刀具的選擇及安裝

刀具不僅影響加工效率，而且直接影響加工質量。該工件為矩形封閉槽，故使用的刀具類似于矩形切槽刀，工件材料為不銹鋼304，考慮到其切削性能較差，選用一般的刀具很難滿足生產的需要，故選用京瓷KGH型切槽刀刀把，刀片材料為PR930（為PVD涂層）。但因為實際需要，副后角必須根據螺旋升角進行相應的改動（本例所取角度為10°），以避免副后角和封閉槽側面產生干涉。為了加強刀具的剛性，盡可能縮短刀具在刀架上的懸長。刀具的安裝高度也應嚴格與軸線等高，如果過高，當吃刀量達到一定深度時，車刀的主后刀面會和工件產生干涉，從而增大摩擦力，造成啃刀；過低則切削不易排出，同樣也會出現(xiàn)啃刀的現(xiàn)象。

3.3 刀具路徑的確定

3.3.1 對刀點的確定

本例使用的機床為前刀架，對刀時用左刀尖進行對刀，工件右端面設為Z0，軸線設為X0［2］。

3.3.2 換刀點的確定

換刀點應考慮換刀時不與主軸、工件和尾座發(fā)生碰撞，同時又盡量使空刀路徑較短，以提高工作效率，本例換刀坐標點定為X100，Z0。

3.3.3 粗、精加工路徑的選擇

粗加工起刀點的確定，本例將起刀點X向定在離工件表面0.05的位置，其刀尖的坐標位置為X41.1、Z-8.65，如圖4、圖5中所示（A點）。精加工軌跡的起刀點可根據精加工的余量在粗加工起刀點的基礎上進行軸向偏移。

粗、精加工刀具路徑的確定，由于該工件為兩段矩形螺旋槽形成的封閉槽，且較深，所以進刀路徑宜采用連續(xù)切削的方法（也即是采用連續(xù)螺紋的方法），即工件旋轉一周的同時連續(xù)完成一個切削過程，其中一段螺旋槽以錐螺紋的切削方式，主要起徑向進刀的作用，每次單邊進刀0.1mm,另一段以直線螺紋的切削方式，起軸向切削的作用，連續(xù)循環(huán)此動作，從起刀點A連續(xù)切削至A1、A2、A3……An點，即達到所要求的槽深，在整個切削軌跡中不需要重復的進刀和退刀，從而提高了加工效率。加工軌跡如圖5所示：

圖4 確定起刀點

圖5 粗、精車進刀路徑

粗、精加工的退刀路徑同樣都采用連續(xù)螺紋的方法，粗加工退刀路徑采用等螺距退刀方式，精加工退刀路徑采用變螺距退刀方式[3]。具體見表1所示。

表1 等螺距退刀與變螺距退刀方法的比較

圖6 等螺距退刀軌跡

圖7 變螺距退刀軌跡

4 加工設備的選擇

由于考慮到矩形切槽刀的切削性能較差，如果主軸轉速過高，勢必會降低刀具的使用壽命。所以宜采用低速加工（本例采用主軸轉速為50rpm/min）。本例采用GSK980TDA系統(tǒng)的數(shù)控車床進行加工。

5 加工程序的編制及簡要說明

5.1 主程序:

O 0900主程序名。

T0202；選擇粗加工刀具2號刀并執(zhí)行2號刀偏。

G99 G0 X100 Z0；快速定位至安全位置準備換刀。

M8；同時開冷卻液。

M3 S50r/min；啟動主軸，轉速為50rpm/min。

#1=-8.65；對粗加工封閉槽起刀點的Z坐標進行定位。

M98 P0901；調用O 0901號子程序進行封閉槽的粗加工，調用1次。

G0 X100 Z0；快速退刀至安全位置。

#=-8.8；對精加工封閉槽左端面起刀點的Z坐標進行定位。

M98 P0901；調用O 0901號子程序進行封閉槽左端面的精加工，調用1次。

#3=-8.5；對精加工封閉槽右端面的退刀終點位置進行定位。

M98 P0901調用O 0901號子程序進行封閉槽右端面的精加工，調用1次。

G0 X100 Z0加工完畢快速退刀至安全位置。

M30程序結束，停主軸，關冷卻液。

5.2 子程序：

備注：由于整個加工軌跡是一個連續(xù)螺紋的切削過程，所以必須保證G32指令的連續(xù)性，也即是說，連續(xù)螺紋的程序段中不能有其他功能指令出現(xiàn)，否則系統(tǒng)會取消或中斷連續(xù)螺紋功能。如本例中，主軸每轉的切削過程可以看成是一個切削循環(huán)，但是不能將其當成子程序來調用而實現(xiàn)連續(xù)螺紋的切削。

6 結語

本文介紹的加工方法進行實際加工后，加工效果良好，能夠滿足設計要求。實踐證明，靈活的使用數(shù)控系統(tǒng)的功能對于充分發(fā)揮數(shù)控系統(tǒng)的應用范圍和使用效果能起到很大的作用。

［1］上海市金屬切削技術協(xié)會.金屬切削手冊［M］.上海：上?？茖W技術出版社，2000，6（第3版）.

［2］趙長明，劉萬菊.數(shù)控加工工藝及設備［M］.高等教育出版社，2003，10.

［3］GSK980TD車床CNC使用手冊（第3版）廣州數(shù)控設備有限公司，2006，1.