螺旋线在平面及孔加工中的应用

■中国航天科技集团运载火箭研究院 （山西长治 046012） 张志奇 柴晓荣

螺旋线在平面及孔加工中的应用

■中国航天科技集团运载火箭研究院 （山西长治 046012） 张志奇 柴晓荣

摘要：现代生产中对工件的表面质量要求越来越高，将螺旋线应用于生产中，尤其在精加工中将螺旋线灵活应用，既能提高表面质量，又能提升加工效率，还能完成连续加工，避免接刀痕的产生。采用螺旋线加工，可以保证刀具更加平滑、稳定过渡，刀具进入后能够保证加工过程的连续性，使刀具在一次铣削过程中时时处于进给运动状态，保持切削过程平稳，可以提高加工精度和表面质量，延长刀具寿命。

1. 螺旋线在平面加工中的应用

（1）平面内螺旋槽加工。手工编制此类零件宏程序必须掌握宏程序的使用方法，通过图形所表达出的规律性，用方程描述和概括图形，用小直线段逼近图形。线段分得越小，相对图形的误差也越小。但应用起来灵活，当槽、螺距及螺旋槽深度发生变化时，只需改变相对应的一个变量即可。如果使用CAM自动编程的话，需要重新画图，生成新程序，还得进行校验。

由图1可知，中心圆起始R=20mm，回转360°后R=40mm。若把360°分割成360份，那么由起点R依次是R=20+20×0/360，R = 2 0 + 2 0×1 / 3 6 0，···，R=20+20×360/360，由此可得出规律，R=20+20×n/360，对应的坐标点位置方程为X=Rcos（n），Y=Rsin（n）。

图1　螺旋槽的加工

加工程序如下 （西门子系统）：

R1=20（最内圈半径）注：内径值

R2=20（螺距）

R3=0（螺旋线动角值，此赋值为零）

R5=80（螺旋线终止距离）注：外径值

R6=10（Z向下刀深度）

R7=R5+R2（X向安全下刀点）

G0X=R7Y0（下刀点）

G0Z=-R6

CC:

R3=0

BB:

R8=R7-R2×R3/360 （计算螺旋线上动点的R值）

R9=R8×COS（R3） （计算螺旋线上动点的X值）

R10=R8×SIN（R3） （计算螺旋线上动点的Y值）

G1X=R9Y=R10 F1000（走小直线段）

R3=R3+1（每次递增1°）

IF R3<=360GOTOBBB （若满足条件，返回BB段）

R7=R7-R2（每次递减一个螺距）

IF R7>=R1 GOTOBCC（若满足条件，返回CC段）

M17（返回主程序）

（2）用螺旋线加工平面。用上面的程序，如果刀具的直径大于螺距就可以加工平面，加工后的平面表面质量好，切削时，刀具受力均匀，实现渐进，能够减小刀具满刀进刀时产生的负载，提高了刀具的寿命，避免了冲击，“零件—机床—刀具”系统形成的振颤也会影响零件的加工精度，加工后外显现象表现为工件表面形成“颤刀纹”，极大地影响了工件表面粗糙度。经切削发现，通过选择合理的加工方式和合适的切削参数，可以避开自激振动的临界速度，进而减弱振动对工件的影响，减小或消除振动的产生，还可以省去磨车工序，表面粗糙度值能达到Ra=0.8mm，达到光整加工。

从图2、图3中可以看出，普通的加工方法每加工一圈需要有一个满刀切削进刀的过程，而螺旋加工则是均匀切削，表面质量明显好。

图2　普通加工方法

图3　螺旋加工方法

图4　孔加工

2. 螺旋线在孔加工、预钻孔和铣螺纹加工中的应用

钻孔和挖槽时，需要预留预钻孔，把螺旋加工应用其中，减少刀具使用数量，提高加工效率，一个程序就可以完成孔加工、预钻孔（螺旋下刀）和铣螺纹加工（见图4）。

加工程序如下（西门子系统）：

R1=25（圆半径）

R2=20（刀具半径）

R3=0（深度变量值，此赋值为零）

R4=1（每次递减值）

注：螺纹加工时此值为螺距

R5=-20（下刀深度）

G0X=R1-R2 Y0

G0Z1

BB:

G3X=R1-R2 Y0 Z=R3 I=R2-R1J0（螺旋下刀）

R3=R3-R4（每次递减的深度）

IF R3>=R5GOTOBBB（若满足条件，返回BB段）

M17（返回主程序）

3. 结语

在手工编程中把螺旋线应用其中，在加工平面时很有优势，在生产中可以保证产品的质量，只要修改变量就可以完成产品的修改，一个普通的操作工就可以完成；在技能竞赛优势更加明显，不仅表面质量好，平面度保证容易，更能提高对赛件的关注程度，从中脱颖而出。

参考文献：

[1] 王爱玲.数控机床加工工艺[M].北京：机械工业出版社，2006.

[2] 延波.加工中心的数控编程与操作技术[M].北京：机械工业出版社，2001.

[3] 徐宏海.数控铣床[M].北京：化学工业出版社，2003.

[4] 陆剑中，孙家宁.金属切削原理与刀具[M].北京：机械工业出版社，1985.

[5] 陆海舟.数控铣削加工宏程序及应用[M].北京：机械工业出版社，2010.

收稿日期：（20141015）