利用宏程序加工大导程螺杆

陈津红，王春光

秦皇岛技师学院机械加工系， 河北秦皇岛 066000

0 引言

大导程螺杆是指导程大，牙槽深并且形状多为圆弧形或公式曲线的螺杆。在各种大型榨油机、榨汁机、及螺杆空压机上被广泛使用。因其形状特殊，加工余量大，在实际加工时有一定难度，特别是在维修时单件生产体现的更明显。笔者在实际生产中曾遇到过几种螺杆，形式各不相同，有变导程的、有变直径的、有圆槽的也有椭圆槽的。

下面以最典型的椭圆槽螺杆为例介绍一下在加工中总结的一点经验。如图一所示，螺杆螺距p=40mm，椭圆槽型的数学表达公式为x/152+y/52=1。长、短半轴数值均不大，但是采用G 代码编程已经不能完成加工，此时宏程序就派上用场。

2 零件图纸工艺分析

工件加工时提供的毛坯是Φ80×200 的40Gr 圆钢材料，用车床加工毛坯台阶，然后加工螺旋槽。加工完毕后牙槽宽30mm，牙槽深5mm，螺距p=40mm。

槽内表面质量精度Ra1.6。材料切削难度不大，但螺距很大，牙槽虽不深，但加工量很大。

3 加工方法的选择

从工件的形状上分析，我们可以采用3 种加工方案：

1）数控车床加工，利用数控车床的螺纹功能和变量编程功能，通过改变螺纹起刀点来实现加工。但因加工吃刀深，产生的扭矩大，可能会使工件发生转动移位，加工震动也比较大，最主要是螺距大，螺旋升角大会降低刀具强度，这会使加工难于进行，即使能进行也只能是低效率；

2）数控工具磨床加工，类似于刀具刃磨的加工方式，加工成本高；

3）四轴加工中心加工，利用第四轴旋转进给配合纵向进给完成单刀加工，利用切入点的纵向与Z 向有规律变化实现轮廓成型，此加工方法刀具简单，使用常见的高速钢立铣刀粗加工，硬质合金球头铣刀精加工轮廓，夹具也简单，利用旋转轴上的三爪卡盘就行。为了保证表面粗糙度，就要求提高工艺系统的刚性，刀具伸长量要严格控制，以能完成加工的前提下，尽量短为标准，否则，表面质量将难以保证。根据现实情况，我选用了第三种方法。

4 编写程序

在加工方法安排好以后，要解决的问题就是走刀路线和程序编写了，经过分析确定走刀路线如图二，我们通过四轴加工中心的A 轴旋转与X 轴平动来合成螺旋运动，在通过椭圆的参数方程角度变量的赋值运算出坐标值，并以此作为螺旋运动起点，运动起点随变量值变化，变化规律恰好是椭圆的轮廓线。运动起点每变化一次，完成一次螺旋运动，所有的螺旋运动完成之后，运动轨迹拟合的曲面就是螺旋槽了。

纵向进给示意图

现行的数控程序的编制中，主要有两种编程方式：手工编程、自动编程。目前自动编程运用得越来越广泛了，它大大节省了编程时间，减轻了操作工的劳动量，具有很强的可靠性；但手工编程在某些领域也是不可或缺的，手工编程至少在此以下几方面有着自己的优势：其一，合理的手工程序加工效率高于自动编程；其二，熟悉手工编程，可以修改自动程序，以实现优化；其三，自动编程的走刀路线限制了加工工艺，通过手工编程能弥补其不足。在手工编程过程中，用户宏程序能极大提高程序编制和加工的效率，因此，我们在数控教学及实训过程中，要把用户宏程序的编制作为数控教学的重要内容之一。从历年全国数控大赛的试题中也不难发现，用户宏程序的编制是运用得极其频繁的。 宏程序中的变量与运算关系列出如下：

1） 变量

（1）局部变量 #1-#33

一个在宏程序中局部使用的变量，其运算结果其他程序不可使用。

例：在一个宏程序中

#10=20 X#10 表示X20

另一个宏程序中则不起作用

断电后清空，调用宏程序时代入变量值

（2）公共变量。早期（#100-#149，#500-#531 ）、新系统（#100-#199，#500-#999）

各用户宏程序内公用的变量 ，其运算结果任何程序调用都相同。

例：上例中#10 改用#100 时，其它宏程序中的依然起作用

#100-#149 断电后清空

#500-#531 保持型变量（断电后不丢失）

2）条件式

#j EQ#k 表示=

#j NE#k 表示≠

#j GT#k 表示>

#j LT#k 表示<

#j GE#k 表示≥

#j LE#k 表示≤

3）运算公式#I=#JOK#k

#I=#JXOK#k

#I=#JAND#k

#I=SIN[#j] 正弦

#I=COS[#j] 余弦

#I=TAN[#j] 正切

#I=ATAN[#j] 反正切

#I=SQRT[#j] 平方根

#I=ABS[#j] 绝对值

#I=ROUND[#j] 四舍五入化整

#I=FIX[#j] 上取整

#I=FUP[#j] 下取整

#I=BIN[#j] BCD →BIN（二进制）

#I=BCN[#j] BIN →

以下是笔者编写的加工程序：

N10 G54G00G68G40X0Y0

N20 Z50

N30 #1=15

N40 #2=5

N50 #3=0

N60 WHILE［#3GE180］DO1

N70 #4=#1*COS［#3］

N80 #5=#2*SIN［#3］

N90 G01 Z-#5 X［#4+30］F500

N100 G01 X-150 A-1440 F300

N110 #3=#3+0.5

N120 END1

N130 G0 Z100

N140 M08

N150 M05

N160 M30

粗加工时可以采用刀具长度补偿法或平移坐标系法来完成。另外要加充足的切削液以满足高速钢刀具的冷却要求。

5 常见问题及解决办法

1）振动，在精加工时，由于刀具的高速旋转，工件表面产生了较大振纹，不能达到表面粗糙度Ra1.6 的要求，如果后续加抛光工序就大大增加了成本。经过反复调试主轴转速、进给速度和精加工余量，找到最好的加工效果；

2）切削过程平稳，但表面质量仍然不好，槽内出现与加工方向一致的纹路。尝试把宏程序中N110中0.5改的更小一点，以改变行切步距，直到得到理想效果。如果仍然不理想，检查刀具锋利情况，及时更换刀具。

[1]史国义.等速圆柱凸轮的加工.金属加工，2008(13).

[2]成家学.离心泵叶轮的加工.机械工人，2005(5).

[3]于久清.中重型卡车浮轮桥件摆臂的数控加工.机械工人，2005(5).