螺旋数控制作工艺的探究与使用

　　圆柱曲面螺旋槽有多种功能，在包装装置、纺织装置或摩托车等的部件上，以满足某种特定的传动轨迹要求；在橡胶产品的模具上，满足橡胶产品表面特殊花纹的需要；在航天部件上起散热作用。螺旋槽按导程是否相等分为等导程螺旋槽和变导程螺旋槽。按槽宽在槽深方向是否相等分为普通螺旋槽如所示和楔型螺旋槽如所示。等导程螺旋槽可以采用普通机床进行加工，但精度很难保证，而变导程螺旋槽只能采用专用设备进行加工，但生产周期长，严重影响产品的制造进度。随着数控加工技术的发展，采用数控机床加工，可满足各种不同种类螺旋槽的加工要求，但是这类零件数控加工编程和一般的曲面加工编程是不一样的。本文针对圆柱曲面螺旋槽对其数控加工进行研究。

　　1．圆柱曲面螺旋线圆柱螺旋槽的中心线和轮廓线是螺旋线，可以看成动点Q如所示，在柱面上绕其轴线做螺旋运动形成的轨迹。当圆柱轴线为X轴时，如果其半径线相对于坐标平面XOY的偏转角为，则螺旋线方程为：

　　（1）式（1）中（2）为螺旋线导程，当为等导程时，为常数P，则（3）当为变导程时，为随x变化的变量；k决定螺纹旋向，当k=+1时为右旋，当k=-1时为左旋；β为螺旋角；为圆柱的直径。

　　2．螺旋槽数控加工2.1数控机床的选择及加工方法由于圆柱螺旋槽有回转中心，所以螺旋槽的数控加工所选用的机床一定要有一个回转轴，本文选用四坐标（X、Y、Z、A）数控加工中心，回转轴为X轴，刀轴方向为Z轴，在加工时必须至少两轴（X轴和A轴联动、Y轴和Z轴联动）联动。

　　螺旋槽通常由导程和头数、深度和宽度以及螺旋槽形状和旋向确定。

　　加工普通螺旋槽时，如果槽宽较小，可以选用与槽宽相等直径的平底铣刀，如所示铣刀直径D 1与槽宽W相等，加工时根据螺旋槽的深度进行分层切削就可以了。如果螺旋槽槽宽太大，铣刀直径D 2小于槽宽W，就要分几次走刀来实现。最优的刀位轨迹是先从槽中间走刀，然后向螺旋槽轮廓线靠近，最后的刀位轨迹是螺旋槽轮廓曲线偏置一个刀具半径后的螺旋线，如所示。加工时也要根据螺旋槽深度进行适当的分层。

　　加工楔型螺旋槽有两钟方法。

　　第一种是采用成型铣刀保证楔型面形状。加工时可先用普通平底立铣刀粗加工，最后采用专用成型铣刀精加工，楔形槽形状由成型刀具保证。这种方法加工时刀轴方向始终过圆柱的中心线。

　　第二种方法是采用普通平底立铣刀，粗加工和楔型面精加工均采用普通立铣刀，楔型面角度通过改变刀具与零件之间的相对角度来实现，使零件回转一个角度，且沿径向移动一定距离，如所示的θ角和距离Δy.

　　2.2数控编程1）等导程普通螺旋槽加工刀位轨迹是螺旋线，编程指令就是使加工刀具(专用刀具与复合刀具)单纯地走一条螺旋线，比较简单，一般两个指令就可实现。第一个指令使刀具移位刀位轨迹的起始点，第二个指令使刀具按螺旋线轨迹进行加工。如下所示：G1 X 0 Y 0 Z 0 A 0 G1 X 1 A 1在加工过程中，Y、Z坐标保持不变，X 1与A 1之间的关系就是（3）式中的φ与x关系，如下式：式中k、P与（3）式相同。

　　当螺旋槽较宽需要几次走刀来完成时，这就需要把走刀起点进行移动。编程指令为：G1 X 0 ' Y 0 ' Z 0 A 0 G1 X 1 A 1其中：式中，w为槽宽，D为刀具直径，如所示。β为螺旋角，k与（3）式相同；X 1与A 1之间的关系如下式：式中k、P与（3）式相同。

　　2）等导程楔型螺旋槽当采用成型刀具最终精加工时，编程方法与等导程普通螺旋槽相同。

　　当采用普通立铣刀最终精加工时，相对普通螺旋槽，刀位轨迹的起点坐标Y和A发生变化，A的变化值就是楔形螺旋槽侧壁倾斜角度θ，起点坐标Y的变化值根据楔形螺旋槽侧壁倾斜角度θ、螺旋槽深度、螺旋槽宽度进行计算。

　　加工刀位轨迹与普通螺旋槽相同，也是螺旋线。

　　3）变导程螺旋槽变导程螺旋槽的加工刀位轨迹是变导程螺旋线，在编程时对螺旋线进行线段插补，根据加工允许误差确定走刀步长，从而确定数控程序刀位点，指令如下所示：G1 X 0 Y 0 Z 0 A 0 G1 X 1 Y 0 Z 0 A 1……G1 X i Y 0 Z 0 A i i=1，2，3…

　　在一个加工刀位轨迹中，坐标Y和Z保持不变，Z等于螺旋槽槽底半径与抬刀高度之和，抬刀高度与分层加工有关。坐标A和X在变化，而坐标A和X之间的关系就是（2）式中φ与x的关系。

　　4）圆柱上有多个螺旋槽时，由于形状相同，只是每个螺旋槽的起点位置不一样，所以只需对一个螺旋槽进行数控编程，其它槽在加工时通过循环指令来实现。

　　本文提出的圆柱曲面螺旋槽数控加工方法已经在多个零件加工中应用，证明其实用可行。所示是一种实现特定运动的螺杆，采用本文所述方法，加工后零件经过测量机测量符合设计要求。

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