慢走絲線切割大導(dǎo)程蝸桿刀具實(shí)例

馬培花，賀武成，胡明勛

中國(guó)長(zhǎng)江動(dòng)力集團(tuán)有限公司 湖北武漢 430205

1 序言

FIKUS線切割是FIKUS公司開(kāi)發(fā)的線切割自動(dòng)編程CAD/CAM軟件，該軟件采用目前最普遍的Windows 操作系統(tǒng)作為基礎(chǔ)平臺(tái)，采用所見(jiàn)即所得的繪圖方式進(jìn)行編程；具有完善的繪圖設(shè)計(jì)、加工代碼生成等功能，集圖樣設(shè)計(jì)和代碼編制于一體；支持OpenGL圖形驅(qū)動(dòng)，提供動(dòng)態(tài)三維仿真。該軟件支持2～6軸線切割加工，針對(duì)AgieCharmilles等各型號(hào)機(jī)床開(kāi)發(fā)了切削條件數(shù)據(jù)庫(kù)和特殊工藝；采用“加工精靈+工藝模板”這一全新的加工方式，能實(shí)現(xiàn)高效、安全的智能編程。以下通過(guò)一個(gè)蝸桿車(chē)刀具加工實(shí)例，介紹該軟件及機(jī)床操作的基本方法及注意事項(xiàng)。

2 大導(dǎo)程蝸桿車(chē)削特征分析

本實(shí)例中所描述刀具為車(chē)削一種節(jié)圓直徑80mm、軸面模數(shù)m=10的大導(dǎo)程單頭蝸桿車(chē)削刀具（蝸桿導(dǎo)程＝πm＝3.14×10＝31.4mm），在回轉(zhuǎn)半徑300mm的車(chē)床上加工。該蝸桿車(chē)刀根據(jù)加工零件特征及要求主要有以下特性：加工蝸桿的導(dǎo)程大，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速太高時(shí)，換算的進(jìn)給速度非常大（機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為200r/min時(shí)，進(jìn)給速度＝導(dǎo)程×主軸轉(zhuǎn)速＝31.4×200＝6280mm/min，目前一般車(chē)床的進(jìn)給速度不超過(guò)5000mm/min），會(huì)超過(guò)機(jī)床允許的最高進(jìn)給速度，即過(guò)沖。為防止蝸桿車(chē)削時(shí)過(guò)沖，機(jī)床的轉(zhuǎn)速不能太高，此時(shí)對(duì)應(yīng)的切削速度也相應(yīng)較低（主軸轉(zhuǎn)速為200r/min，蝸桿大外圓直徑＝節(jié)圓直徑+2＝80+20＝100mm，外圓切削速度＝主軸轉(zhuǎn)速×π×蝸桿大外圓直徑＝200×3.14×100/1000＝62.8m/min）。切削時(shí)易產(chǎn)生積屑瘤，在切入蝸桿齒廓螺旋面時(shí)，對(duì)刀具有較強(qiáng)沖擊，刀具韌性不足時(shí)易發(fā)生切削刃崩裂。另外，該型蝸桿直徑為100mm，節(jié)圓直徑80mm，導(dǎo)程大，其分度圓螺旋升角λ較大，刀具為匹配加工工況，避免干涉，需要有比蝸桿螺旋升角大的后角，這也會(huì)導(dǎo)致刀具強(qiáng)度降低。在最后成形切削時(shí)，因切削面積較大，所需切削力很大，易發(fā)生振動(dòng)，導(dǎo)致產(chǎn)品表面質(zhì)量差及刀具損壞。

3 刀具置備方案分析

車(chē)削蝸桿類(lèi)似于車(chē)削梯形螺紋，刀尖角按蝸桿齒形角20°×2進(jìn)行選擇。一般可轉(zhuǎn)位螺紋車(chē)刀刀片材質(zhì)為硬質(zhì)合金，宜采用較高的切削速度，如果切削速度比較低，會(huì)產(chǎn)生積屑瘤，影響刀具壽命和加工質(zhì)量，因此從生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本等方面考慮都不適合選用可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金螺紋車(chē)刀。如果用傳統(tǒng)焊接刀磨制，要準(zhǔn)備刀坯、刀片，進(jìn)行焊接、熱處理等加工，準(zhǔn)備周期長(zhǎng)，韌性不好，易崩刃，且這種車(chē)削大導(dǎo)程的車(chē)刀，為避免后刀面與螺紋側(cè)面干涉，還需要有較大的后角，如果操作人員自己磨制，磨制角度不好保證，磨得太大刀具強(qiáng)度會(huì)降低，太小車(chē)削時(shí)后刀面會(huì)和蝸桿齒廓螺旋面發(fā)生干涉。本實(shí)例中，選用白鋼條，按計(jì)算出的蝸桿分度圓螺旋升角設(shè)定一定安全余量，確定刀具后角，在慢走絲切割機(jī)上切出刀具主切削刃部，刀具后角一起切出。因慢走絲機(jī)加工表面質(zhì)量好，使用時(shí)操作人員只需稍做修磨即可用于生產(chǎn)，所以是短周期制備刀具的解決方案。

4 確定蝸桿車(chē)刀后角

蝸桿車(chē)刀后角按被加工蝸桿的節(jié)圓螺旋升角進(jìn)行確定，螺旋升角指的是螺紋展開(kāi)的圓周線與螺紋線的夾角。螺旋升角在螺紋外徑、中徑、內(nèi)徑（底徑）上是不一樣的，一般螺旋升角是指螺紋中徑上展開(kāi)得到的圓周線與螺紋的夾角，螺旋升角＝arctan[導(dǎo)程/（中徑×π）]。蝸桿節(jié)圓螺旋升角可參照螺紋螺旋升角計(jì)算，本例中蝸桿導(dǎo)程為πm，其中m為蝸桿的軸面模數(shù)，設(shè)計(jì)取值為10，節(jié)圓直徑為80mm，計(jì)算該蝸桿螺旋升角＝arctan[π×10÷（80×π）]=7.125（°），考慮到刀具后面與螺紋表面要有一定的間隙，為防止車(chē)削時(shí)兩個(gè)面摩擦，將螺紋車(chē)刀后角設(shè)定為10°。這樣既可避免加工刀具和工件干涉，又能保證刀具的強(qiáng)度，使精加工時(shí)切削平穩(wěn)、刀具不振動(dòng)[1－3]。

5 慢走絲切割白鋼刀材質(zhì)蝸桿車(chē)刀的程序處理

5.1 加工程序編制準(zhǔn)備

首先需要繪制加工編程用圖樣，可直接用FIKUS線切割軟件繪制。該軟件與工程機(jī)械輔助繪圖軟件CAD有良好的兼容性，可把CAD程序繪制的圖保存為擴(kuò)展名“.DXF”文件導(dǎo)入FIKUS軟件直接編程，對(duì)于熟練掌握CAD軟件、對(duì)FIKUS線切割軟件不熟悉的工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)非常便利。

5.2 編制程序

1）在桌面上雙擊名稱(chēng)為“Fikus Visualcam 17”的圖標(biāo)，進(jìn)入FIKUS線切割軟件的CAD界面。

2）準(zhǔn)備加工圖樣有兩種方法：一種是CAD創(chuàng)建的“.DXF”文件直接導(dǎo)入，單擊菜單“文件”選項(xiàng)，在導(dǎo)入中選擇導(dǎo)入“.DXF”文件；另一種是用FIKUS軟件直接繪制。

3）進(jìn)入CAM加工界面可以點(diǎn)擊“CAM”下拉菜單中的“線切割Shift+Ctrl+W”，或直接按工具欄里的按鈕，F(xiàn)IKUS軟件進(jìn)入零件切割界面。

4）單擊“CAM”欄下的“新建路徑”圖標(biāo)，再點(diǎn)擊對(duì)勾按鈕，會(huì)出現(xiàn)選擇機(jī)床下拉菜單界面，在下拉菜單中選擇機(jī)床型號(hào)“CUT 200P”，然后點(diǎn)對(duì)勾按鈕確認(rèn)選擇機(jī)床類(lèi)型，如圖1所示。輸入程序名：本實(shí)例根據(jù)加工過(guò)程，把程序分為粗加工程序和精加工，粗加工程序命名TYDKC，精加工程序命名TYDJ，在CAM欄點(diǎn)新建零件后，分別修改程序名，粗加工程序名改為T(mén)YDKC的結(jié)果如圖2所示。

圖1 零件線切割界面

圖2 粗加工程序名修改

5）單擊“CAM”欄下的“新建零件”圖標(biāo)，在彈出的新建零件參數(shù)對(duì)話框中按梯牙刀刀坯尺寸輸入相關(guān)參數(shù)，工件厚度H25，角度0。

6）單擊“零件”欄下的“選擇XY”圖標(biāo)，選取蝸桿刀前端切削部分輪廓線，回車(chē)確認(rèn)，選中刀具切削部分輪廓線，選中后的輪廓線顯示為設(shè)定顏色。

7）單擊“零件”欄下的“引入路徑”圖標(biāo)，選擇第一項(xiàng)“點(diǎn)—點(diǎn)”方式，同時(shí)勾選“垂直于XY輪廓”項(xiàng)，設(shè)置引入路徑長(zhǎng)度為3，分別點(diǎn)擊刀具零件圖前端輪廓線，引入路徑線將在零件切割輪廓起始端以3mm虛線示意顯示。

8）單擊“編程”欄下的“快速向?qū)А眻D標(biāo)，依次完成以下步驟的設(shè)置。①在彈出的“快速向?qū)А笔醉?yè)對(duì)話框中按切割銅絲直徑輸入相關(guān)參數(shù)，絲直徑＝0.25mm，此值根據(jù)選用銅絲直徑輸入，粗加工時(shí)設(shè)置切割次數(shù)＝1次，一刀粗切成形，線切割代碼設(shè)置為AAA，根據(jù)個(gè)人習(xí)慣或相關(guān)程序文件要求設(shè)置。②單擊按鈕，根據(jù)CUT200P機(jī)床工藝參數(shù)表在彈出的“快速向?qū)А钡诙?yè)（快速向?qū)Ы缑娴牟襟E2）對(duì)話框中輸入切割的補(bǔ)償值為0.13（粗切割后留0.13mm單邊余量），可根據(jù)加工需要設(shè)置。③單擊按鈕，在彈出的“快速向?qū)А钡谌?yè)對(duì)話框中輸入：殘料長(zhǎng)度＝0.3mm，可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置合適的余量，刀具輪廓處為外凸形式，選擇切割方式為凸模，在切割內(nèi)輪廓時(shí)選擇凹模，系統(tǒng)以此確定留余量的方向和位置。④參數(shù)設(shè)置完成后，右鍵單擊按鈕后的快捷菜單中選擇“計(jì)算”項(xiàng)并點(diǎn)擊，在彈出的“快速向?qū)А钡谒捻?yè)對(duì)話框中選擇“停止”的方式，單擊對(duì)勾圖標(biāo)確認(rèn)。⑤參數(shù)設(shè)置完成后，右鍵單擊按鈕后的快捷菜單中點(diǎn)擊“計(jì)算”“模擬”“后處理”選項(xiàng)并點(diǎn)擊，單擊對(duì)勾圖標(biāo)確認(rèn)，設(shè)置過(guò)程如圖3所示，模擬結(jié)果如圖4所示。

圖3 程序處理設(shè)置過(guò)程

圖4 模擬結(jié)果

5.3 加工程序軌跡計(jì)算及后處理

1）精加工蝸桿刀后角錐度設(shè)置（見(jiàn)圖5）。鼠標(biāo)右擊程序管理器中的TYDKC幾何體，在彈出菜單中選擇“計(jì)算”，進(jìn)行軌跡計(jì)算。鼠標(biāo)右擊程序管理器中的TYDKC幾何體，在彈出菜單中選取“后處理”，在彈出的“后處理”對(duì)話框中輸入CNC 程序號(hào)TYDKC，選擇后處理器CUT X00-MILLENNIUM-。此處后處理器因版本不同會(huì)有所不同，具體視所用設(shè)備而定。

圖5 精加工蝸桿刀后角錐度設(shè)置

2）設(shè)置好后，單擊“后處理”進(jìn)行處理，生成機(jī)床切割用程序，粗加工蝸桿刀具程序如下。

3）精修蝸桿刀具設(shè)置切2修1共3刀，在快速向?qū)У南鄳?yīng)頁(yè)面中設(shè)置，精加工程序編制過(guò)程類(lèi)似粗加工，不詳述。在機(jī)床上生產(chǎn)與加工程序匹配的絲表文件和工藝文件時(shí)文件名要與程序設(shè)置一致，主要區(qū)別在于新建零件時(shí)的零件錐度設(shè)置（見(jiàn)圖5），精加工模擬效果如圖6所示。精加工蝸桿刀具程序如下。

圖6 精加工蝸桿刀模擬效果

5.4 加工程序的傳輸

加工時(shí)用U盤(pán)把程序拷貝到機(jī)床上，由機(jī)床附帶軟件在機(jī)床操作系統(tǒng)內(nèi)生成與加工程序匹配的工藝文件及絲表文件，開(kāi)機(jī)尋邊對(duì)刀，調(diào)用程序即可完成加工。

6 操作注意事項(xiàng)

1）該機(jī)床在加工錐度零件時(shí)，把錐度＜3°的加工均視為通用零件加工。由于需加工的刀具后角要求為10°，因此在加工刀具之前，需用校絲器把錐度設(shè)置為10°，校絲后再加工。

2）精加工時(shí)，第一刀切削時(shí)會(huì)從工件上切下薄厚不均的一層金屬皮，在銅絲將要切出工件時(shí)，要特別注意，此處極易夾絲斷絲。在第一刀切出前編程時(shí)設(shè)置“暫?！?，程序運(yùn)行到暫停處時(shí)，因暫停余量設(shè)置很小，約0.3mm左右，此時(shí)切下的殘料基本脫離了刀體，如果脫離，小心取出殘料，之后繼續(xù)運(yùn)行程序完成加工；如果殘料未脫離，也可人為輕輕折下，防止夾絲斷絲。

3）在粗加工時(shí)，因?yàn)榍邢髁勘容^大，這時(shí)需要調(diào)整切割的放電脈沖，設(shè)置為較小值。

此外，由于刀具在粗、精加工過(guò)程中，工件裝夾位置不變，粗、精加工的編程基準(zhǔn)相同，所以在粗加工之前尋邊對(duì)刀后，精加工時(shí)可直接調(diào)用精加工程序，不需另外對(duì)刀，這樣既可保證精度，又可提高效率。

7 結(jié)束語(yǔ)

該慢走絲設(shè)備精度高，在運(yùn)用一定的加工技巧后，可進(jìn)一步提高加工效率，按此方案制備的蝸桿刀具，操作人員在使用時(shí)只需微修磨刀具后角、前角，即可用于生產(chǎn)，是比較高效經(jīng)濟(jì)的工藝方法。此文以這種蝸桿刀具用慢走絲切割加工過(guò)程的實(shí)例，對(duì)FIKUS軟件、Agie Charmilles慢走絲機(jī)床操作和應(yīng)用做了簡(jiǎn)要介紹，希望對(duì)同行有一定的借鑒作用。