轴类零件圆周曲面上螺旋线的数控车加工

     曲面上（含圆弧、椭圆等公式曲线）的螺旋线：数控车床加工生产中，螺旋线的概念往往指的是圆柱螺纹和圆锥螺纹，然而在很多的工艺品生产中，开发者基于美观的外形设计理念在曲面上设计出沿着产品曲面的母线均匀缠绕的螺旋槽或者螺旋凸起。而近年来，我国为大力发展数控技术开展了每年一届的数控技能大赛，在过来的几年的实操试题中均涉及到了曲面上的螺旋槽的加工；

本文将说明三种典型的曲面上螺旋线的数车加工方法及宏程序编写的方法

    此种方法在网上有很多网友们写了相关的论文，但是此种方法所拟合的螺旋线误差其实比较大，特别在复杂公式曲线控制的曲面上误差更大，而这种方法的减少误差的方法一般都会想到的是细化每一次的螺纹车削距离（0.5P或者0.1P），那么是否可以考虑使用宏程序来进行多个微小距离的车螺纹插补方式来拟合？答案是理论上可行。但实际加工会出现震荡。因为数控系统在执行G32指令时，每完成一次切削完成的都要经过开始、加速、保持速度到停止的过程，那么每一次相互衔接都会出现一次的震荡，特别是微小距离的移动和庞大数据需要系统去计算会遏制住进给的理论速度。（当然如果未来的数控系统够强大，应该是可以这么操作的）

产品样图1

 

1.我们都知道，常规的加工方法中，不管是直线和圆弧插补，数控系统都没有指定确定的起始角度（绝对位置编码器的功能），然而在加工螺纹的时候，每次的进给都有固定的起始角度，才能保证螺纹不会乱牙。

2.但是螺纹加工在数控系统中只能在直线，而不能走圆弧和曲线

3.全国数控大赛中曾经出现类似的圆弧面上的螺旋线，本题意在将类似的题型做一个简单的介绍，当然下文的介绍只是其中的一种方法，旨在说明使用螺纹车削指令（G32）定位并用“走轮廓”的切削方式进行螺旋线加工。

(1) 先使用G32进行虚拟螺纹车削(确保之后的加工有同样的起始角度而不乱牙)

(2) 紧接着以同样的进给速度进行走轮廓加工

(3) 使用宏程序偏置原坐标系生成局部坐标系控制切削深度（读者可自行使用其他方法，比如直接调用刀补变量并在程序中循环控制，或者使用宏程序控制等）

（注：使用这种方法的前提应该保证机床系统能拥有局部坐标系的功能，且机床的伺服驱动及各轴应平稳（影响螺线误差），一般半闭环系统均可满足）

参考程序（在此之前，应该加工出曲面）

%

O1001

(LXX)

T0101

M03 S400

M08

#1=0.1

N10 G51 U#1 --------偏置原坐标系生成局部坐标系，使得每次加工切削深度0.1

G00 X30 Z10

G32 X30 Z5 F6 --------G32进行虚拟螺纹车削，确保之后走轮廓有同样的起始角度而不乱牙

G99 G01 X30 Z-20 F6--------走轮廓

G02 X45 Z-40 R18.75 F6--------走轮廓

G00 X50

G00 Z10

#1=#1-0.1

G51 X0 Z0--------取消局部坐标系，还原工件坐标系

IF[#1GE-1]GOTO10--------切削深度控制为1

G00 X100

G00 Z100

M30

%

    同样的，如果曲线是椭圆，双曲线，抛物线，正弦曲线等公式曲线的回转曲面，依然使用同样的方法，在走轮廓部分可以使用宏程序来完成，或者可以使用CAXA软件完成走轮廓的程序生成（这样的程序更加容易执行，不用数控系统重复循环和计算）。

    如果没有成型刀具，那么可以参考下一种方法来实现

产品样图2

分析图

分析放大图

1. 一般如果遇到直线的螺旋槽，一般首先考虑到的方法为使用成型刀具使用G32等螺纹切削指令进行切削，但是该题目为正弦曲线，如果使用成型刀具，那么必须使用包含整个周期的轮廓为的刀具，即长度为6.28的刀口，如此大的切削量估计很难有机床及刀具能满足；

2. 那么第二种方法就是圆头刀具通过细化步距，多次车削的方式来实现；

3. 使用圆头刀具切削的时候，如果直接按照轮廓进行编程，就会出现严重的过切，即便是使用刀尖对刀的方式也同样出现过切；

4. 为了避免过切，就必须计算出刀具在每一点应该偏移的距离，偏移必须满足的是圆头刀与轮廓线相切

5. 思路：A点通过偏移（m，n）来到0点；

6.正选函数的倒数为余弦函数，通过图样及几何分析可得，其中#10为刀尖点位置对应的角度值（下文有解说），r为刀具半径取0.4，

故：m=0.4*SQRT[1/[COS#10*COS#10+1]]

n=0.4*SQRT[1/[COS#10*COS#10+1]]*COS#10

注：m值为半径变量值，使用的时候应该乘以2变成直径值

精加工参考程序（在此之前，可使用螺纹刀进行常规的粗加工）

%

O1002

(ZXLXX)

T0101

S400 M03

#1=4.71---------切削起始角度是从“3/2π”，即4.71弧度，同时表达Z轴坐标值

N10 #10=#1*180/3.14---------#1弧度变成角度值

#2=31+2*SIN#10---------31为中径直径，而2*SIN#10是刀尖沿着中径波动的直径值

#3=10+#1---------将起始点离开工件零点10毫米（可以是适当改变）

#4=#2+2*0.4*SQRT[1/[COS#10*COS#10+1]] --------- A点经过偏移来到O点的X值#5=#3-0.4*SQRT[1/[COS#10*COS#10+1]]*COS#10 --------- A点经过偏移来到O点的Z值

G00 X#4 Z#5

G32 X#4 Z-32 F6.28---------螺旋线的周期为2π，即6.28

G00 X40

G00 Z15

#1=#1-0.1---------每次将Z轴坐标值减少0.1进行加工

IF[#1GE-1.57]GOTO10 ---------#1从4.71逐渐递减到-1.57，完成一个周期的循环切削

G00 X100

G00 Z100

M30

%

宏程序参数说明：

#1：切削起始角度是从“3/2π”，即4.71弧度

#2：A点的X值

#3：A点的Z值

#4：A点经过偏移来到O点的X值

#5：A点经过偏移来到O点的Z值

#10：#1弧度变成角度值