基于西門子828D的里巴斯繩槽參數(shù)程序開發(fā)

■ 大連機床集團(tuán) （遼寧 116022） 楊 晗

在石油鉆采行業(yè)中里巴斯繩槽卷筒的應(yīng)用，有效地解決了石油鉆機絞車中鋼絲繩的亂繩、磨損等技術(shù)難題，能夠延長鋼絲繩的壽命500%以上。里巴斯繩槽卷筒傳統(tǒng)的加工方法，加工效率低，精度保證性差，本文以大連機床集團(tuán)生產(chǎn)的CKA6180平床身數(shù)控車加工為例，介紹了基于西門子828D數(shù)控系統(tǒng)，里巴斯繩槽加工工藝以及宏程序的開發(fā)流程，實現(xiàn)一次性加工成型，徹底顛覆了傳統(tǒng)加工方法，大大地提高了加工表面質(zhì)量、加工精度以及加工效率，打破了國外對此項加工技術(shù)的壟斷，填補了國內(nèi)空白。

1.加工工藝分析

里巴斯繩槽又叫雙折線卷繞繩槽，簡單地說，就是在一個螺距的圓周上由兩條斜線和兩條直線連接。JC18型里巴斯繩槽成品加工簡圖（繩槽旋向為左旋）如圖1所示，繩槽展開圖如圖2所示，繩槽橫截面局部剖面圖如圖3所示。

JC18型里巴斯繩槽卷筒的材質(zhì)是Q345B，屬于低碳鋼（C<0.2%），具有良好的韌性、低溫性能、冷沖壓性能、焊接性能；且JC18型里巴斯繩槽的橫截面為深度7.5mm的半圓弧，綜上所述，選用圓弧半徑為2mm，最大切深為10mm且具有鋒利槽型的外圓仿形切槽刀最為合適。

確定JC18型里巴斯繩槽加工工藝。加工時，采取一夾一頂?shù)难b夾方法，此加工件回轉(zhuǎn)直徑以及自重大，為了增加切削剛性，尾座端一定要采用傘形且與卷筒內(nèi)腔配合緊密的活頂尖，進(jìn)行頂緊。

圓形仿形刀片切削時，圓弧形刀刃與工件接觸，所受切削抗力較大，所以在實際加工中一定要在X、Z方向分層切削。

2.宏程序開發(fā)難點分析

西門子828D數(shù)控系統(tǒng)提供了“帶有恒定螺距的螺紋鏈連續(xù)切削功能G33”，它通過西門子828D數(shù)控系統(tǒng)優(yōu)秀的高速處理技術(shù)以及平滑插補技術(shù)，連續(xù)加工帶有拐點的螺紋鏈，其插補簡圖如圖4所示。

圖1 JC18型里巴斯繩槽成品加工簡圖

圖2 JC18型里巴斯繩槽展開圖

圖3 JC18型里巴斯繩槽橫截面局部剖面圖

在數(shù)控編程中，經(jīng)常會遇到相同的控制動作或相同的加工任務(wù)。如果將這些相同的“任務(wù)”轉(zhuǎn)化成具有重復(fù)性的語句，將會大大縮短程序的長度，減少編程的工作量。如粗車時，每一層都是相同的重復(fù)輪廓軌跡。我們可以利用循環(huán)結(jié)構(gòu)指令語句，把重復(fù)輪廓軌跡變成一個反復(fù)循環(huán)的過程，程序?qū)兊煤啙?、易懂、可操作性強?/p>

3.宏程序算法

由圖2可知，在一個螺距內(nèi)，0°到120°、180°到300°是兩條直線段；120°到180°、300°到360°是兩條斜線段，共有4段，我們分別加工。這里，我們使用西門子828D數(shù)控系統(tǒng)的“帶有恒定螺距的螺紋鏈連續(xù)切削功能”G33指令。對于直線段的螺紋切削，利用Z方向微小位移方法加工（移動0.001mm），這樣做既不影響加工精度，又能滿足加工條件；對于斜線段的螺紋切削，按照正常的螺紋加工即可；一個螺距內(nèi)，螺紋鏈的加工程序，如下所示：

G33 Z=IC(-0.001） K0.006

G33 Z=IC(13.585) K81.51

G33 Z=IC(-0.001) K0.006

G33 Z=IC(13.585)K81.51

西門子828D數(shù)控系統(tǒng)提供了系統(tǒng)變量、預(yù)定義用戶變量和用戶定義變量。通過變量的使用，可以使零件程序和循環(huán)的編寫更加靈活。

圖4 G33螺紋鏈插補簡圖

由圖3可知，里巴斯繩槽的槽型為半圓弧形，加工時，需要在X、Z方向分層，為了方便排屑，我們采取先加工Z層，再加工X層的策略。自定義的變量有，R1為切削時Z軸的起始點坐標(biāo)；R2為仿形槽刀刀片半徑；R3為繩槽橫截面圓弧半徑；R4為仿形刀刀片圓心切削半徑；R5為繩槽螺距總數(shù)；R6為Z方向每層切深；R7為X方向每層切深；R8為圓弧上與Z坐標(biāo)值，對應(yīng)的X點坐標(biāo)；R9為分層切削時，在同一X坐標(biāo)層內(nèi)，Z最大值；R10為分層切削時，在同一X坐標(biāo)層內(nèi)，Z最小值；R11為繩槽螺距計數(shù)器（≤R5）；R12為提取R9數(shù)值；R13為提取R10數(shù)值。

通過計算，我們對上述變量賦值并得出計算關(guān)系式，最終開發(fā)的宏程序，如下所示：

R1=-40.71

R2=2

R3=13.5

R4= R3-R2=11.5

R5=32

R11=0

G00X490.

Z=R1

R6=0.6

R7=0.2

R8=482-SQRT(4*(R4*#R4-(R1+30)*(R1+30)))

R9=ABS(SQRT(R4*R4-(R8-482)*(R8-482)/4))-30

R10=-ABS(SQRT(R4*R4-(R8-482)*(R8-482)/4))-30

R12=R9

R13=R10

WHILE( R1<=R12 )

G00X490.

Z=R1

X=R8

WHILE( R11<= R5 )

G33 Z=IC（-0.001）K0.006

G33 Z=IC(13.585) K81.51

G33 Z=IC(-0.001) K0.006

G33 Z=IC(13.585) K81.51

R11=R11+1

ENDWHILE

R11=0

R1=R1+R6

ENDWHILE

…

4.結(jié)語

此參數(shù)程序開發(fā)完畢后，在大連機床集團(tuán)生產(chǎn)的帶有西門子828D數(shù)控系統(tǒng)的CKA6180平床身數(shù)控車床上進(jìn)行加工驗證，其結(jié)果證明，此程序應(yīng)用安全、可靠、方便、一次性加工成型、減少人工成本、提高了加工效率以及加工表面質(zhì)量，深受客戶好評。JC18型里巴斯繩槽加工成品照片，如圖5所示。

圖5 JC18型里巴斯繩槽加工成品照片