圆柱面插补加工封闭双向回程螺杆

■郑州飞机装备有限责任公司 （河南郑州 450005） 何明辉 陶卫军 于海鹏

封闭双向回程螺杆是一种特殊的传动螺杆，在左旋、右旋两个螺旋槽首尾与和螺旋相切的圆弧相连接，构成封闭回路，无空刀槽，两个螺旋槽相连部位的圆滑过渡是加工的难点。封闭双向回程螺杆的牙型一般为方牙螺纹，传统的机械加工常采用车削、铣削配合的方法进行加工，即先由铣削加工出两端的圆弧沟槽，再由车削沿沟槽进给车出左、右两个螺旋槽，这种方法在加工两个螺旋槽连接部位时存在较大误差，通常需要经过钳工的锉修、抛光后才能满足使用要求。若采用数控车床加工该螺杆，左、右两个螺旋槽相连部位的圆滑过渡不易控制，连接部位较尖，滑块易卡死。针对以上问题，我们经过摸索试制，采用哈挺车削中心T42的圆柱面插补功能加工此类螺杆，满足滑块的平滑移动。

1. 圆柱面插补功能G107

圆柱面插补功能利用铣刀旋转和机床主轴具备的C轴运动，实现对圆柱外径进行轮廓铣削加工，在执行圆柱面插补G107时，G19指令用于选择Z、C工作平面，仅需使用线性的Z值、角向C值（单位：度）和进给速率来指定位移的终点位置。圆柱面插补使用的坐标系如图1所示。

图1 坐标系示意

圆柱面插补编程规则：

1）当G107有效后，不允许使用G00快速定位功能。当使用圆弧插补G02、G03时，圆弧半径使用R字进行编程。

2）C轴启动指令M23必须在主轴使用圆柱面插补之前，且主轴必须被定向到0°。

3）在G107圆柱面插补指令程序段中，C字是指被加工工件的半径。圆柱面插补时C轴的单位是角度，X字被用来定义切削深度，进给速度单位mm/min。

4）在圆柱面插补被取消以后，G19指令一直保持有效，必须用G18指令选择X、Z工作平面。

5）加工完成后切记用M24指令取消主轴C轴模式。

2. 封闭双向回程螺杆加工示例

封闭双向回程螺杆如图2所示，螺纹大径为φ 24mm，底径为φ16mm，牙型为4mm×4mm方牙，左、右两个螺旋槽首尾由和螺旋槽相切的R≥50mm圆弧相连接，螺距为22mm，螺纹长度220mm，由9个整螺距和两端各半个螺距的过渡圆弧组成。

（1）加工方法和尺寸 在车削中心上用圆柱面插补功能加工封闭双向回程螺杆，根据两个螺旋槽侧面展开的形状编制程序，螺旋线需展开转化为C轴角度值参与计算，C轴旋转一周360°即为一个螺距，螺纹长度即为Z轴数值。计算C值总数（双向计算）：

图2 封闭双向回程螺杆

C＝（Z轴行程÷螺距）× 360°＝7 200°

C 指令取负值时（主轴正转）用于右手螺旋。

通过进给曲线计算，求得R≥50mm圆弧实为R＝50.8mm，因刀具为D4mm合金立铣刀，刀具直径等于槽宽，计算无需考虑半径补偿，所以Z轴长度Z＝220mm-D＝216mm，过渡圆弧 R＝50.8mm-R刀＝48.8mm（d、R刀分别为刀具直径和半径）。

切削深度为牙型高度h ＝4mm，因φ4mm合金立铣刀刚性不足，不能一次铣削完成，故需编制宏程序进行分层加工。

（2）编程加工程序 加工程序如下：

O0001；

N1；

M98P1; （调用安全换刀子程序）

T0202; （D4mm合金立铣刀）

G97 S2000 M53 P3;

M23; （启用主轴C轴模式）

G0X25.Z0.;

G19 C0.; （选择工作平面，定向主轴到0°）

G1 G107 C12.; （启用圆柱面插补和零件半径）

#11=22.4; （X向赋值，切削底径初值）

N10 G1 X#11 F30.; （X向进给，单位mm/min）

G2 Z-1.954 C-66. R48.8F120; （加工过渡圆弧R）

G1 C-3535 Z-213.677; （加工右旋螺旋槽）

G3 C-3600 Z-216. R48.8; （加工过渡圆弧R）

C-3535 Z-213.677 R48.8;

G1 Z-1.954 C-7133; （加工左旋螺旋槽）

G2 C-7200 Z0 R48.8; （加工过渡圆弧R）

G1 X25.; （移离工件）

G19 C0.; （选择工作平面，定向主轴到0°）

#11=#11-1.6; （X向进给计算，每层递减1.6mm）

IF［#11GE16］GOTO10; （X向终点判别）

G107 C0.; （取消圆柱面插补）G18; （工作平面选择）

M24 ; （取消主轴C轴模式）

M98P1;

M30;

3. 结语

圆柱面插补指令加工封闭双向回程螺杆，不受螺纹升角影响，把封闭螺旋槽展开成直线进行加工，左旋、右旋两个螺旋槽首尾相切、圆滑过渡，使工件的形状精度、位置精度得到提高，滑块在两个螺旋槽中的运动顺畅，适用于凸轮、螺杆、油槽及其他异形槽的数控加工。同时，该方法和程序也可以在带A轴的加工中心上进行加工。