圆弧面蜗杆数控车削加工的宏程序实现

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1、圆弧面蜗杆数控车削加工的宏程序实现欧阳德祥詹华西（武汉职业技术学院，湖北武汉430073）摘要：圆弧面蜗杆作为一种特殊的蜗杆类型，无法用一般蜗杆螺纹的车削方式，通常需要专用机床加工。对具有宏指令功能的数控车床而言，可将圆弧转化为小线段，然后对小线段实施螺纹切削，采用宏程序循环控制即可实现圆弧面蜗杆的车削加工。实践证明，该方法控制方便、适应性强，为圆弧面蜗杆加工的实现提供了一种新的思路。关键词：圆弧面蜗杆宏程序螺纹车削中图分类号：TH16；TP391文献标识码：B圆弧面蜗杆也称球面蜗杆，它具有结构紧凑、承载能力大

2、、工作寿命长等优点，其传动效率可以达到0.85～0.95，承载能力约比普通蜗轮副提高3～4倍，适用于冶金、矿山、起重、运输、石油、化工和建筑等行业机械设备的减速传动。但圆弧面蜗杆的加工通常需要专用机床，或对一般机床进行改造后方可进行加工，因此，往往因生产成本高而制约了其应用。本文利用HNC系统数控车床的宏程序功能对圆弧面蜗杆中的直廓环面蜗杆进行了加工实践的尝试，为圆弧面蜗杆加工的实现提供了一种新的思路。1圆弧面蜗杆的结构及其加工机制如图1所示直廓环面蜗杆是圆弧面蜗杆常见形式之一，其节面为环面，齿廓形状为一直线，

3、直线的延长线切于直径为d的形成圆。环面蜗杆的加工通常在专用机床上进行。图1所示专机加工的实现方式是采用左右两把切刀，无论粗切还是精切，其圆周进给分两次进行，第一次用一把切刀，在某一圆周进给方向加工蜗杆螺旋槽的一个侧面，然后再换另一把切刀并采用相反方向的圆周进给加工蜗杆螺旋槽的另一个侧面，其调整控制通过分度交换齿轮和速度交换齿轮实现。采用专用机床加工弧面蜗杆时通常要对工件旋转运动和刀具旋转运动按一定的运动配合关系进行控制，这就需要较复杂的机构来实现。2圆弧面蜗杆数控车削的宏编程控制（1）小线段螺纹车削的实现机制现

4、代数控车床一般都具有实时检测主轴转速的功能，车螺纹时可由数控系统按螺距比自动控制和调整刀架拖板的进给速度，再加上方便实用的宏程序功能，利用一定的算法即可实现螺距及切削轨迹的各种变化控制。因此，其能够车制的螺纹范围宽且适应性强，采用规范格式的程序指令即可车削柱面螺纹、蜗杆以及变螺距螺纹。对于圆弧面蜗杆而言，虽然无法直接用螺纹切削指令功能实施车削加工，但基于上述环面蜗杆的结构特征，其直线齿廓的形成具有一定的规律性，可利用数控车床的宏程序扩展的功能，配合小线段螺纹车削的控制方法来实现。在HNC系统的数控车床中，使用G

5、32指令可实现任意直线段的螺纹车削控制，如果利用宏程序功能，将圆弧段以参数方程的形式构建为数学模型，将其转化为一个个的小线段，然后对小线段用G32指令实施螺纹切削，通过限定范围的循环控制即可实现以圆弧段为母线的螺纹车削，这就是我们对弧面蜗杆采用小线段螺纹车削的实现机制。对直廓环面蜗杆的直线齿廓上任一点均可按这一机制实现弧线螺纹的加工控制，因此，只要沿轮廓线方向作深度分层，以循环嵌套宏程序控制形式，即可完成整个齿型的粗精加工。（2）圆弧车刀预切加工的宏程序编制某圆弧面蜗杆段数据如图2所示，可在先车出两侧阶台及R6

6、5mm的外圆弧轮廓表面后，再用圆弧车刀以齿型中线为深度分层进刀的参考线，按上述小线段螺纹车削的实现机制进行预切。以下是使用HNC－21T系统时编写的预切程序。O0001T0101G90G0X60Z5S100M03#3=－22．5；弧面圆心Z#4=170；弧面圆心X#6=0；切深初值#7=68．5－63；圆弧刀总切深WHILE#6LE#7DO1；切深分层循环#5=63+#6；圆弧半径#1=－［90－25．46］*PI/180；起始角#2=－［90+25．46］*PI/180；终止角#10=10*#5/67．5；当

7、前弧面的螺距G1X［#4+2*#5*SIN［#1］］Z［#3+#5*COS［#1］］F30；到起始位置WHILE#1GE#2DO2；圆弧小角度分割G32X［#4+2*#5*SIN［#1］］Z［#3+#5*COS［#1］］F［#10］；小线段车螺纹#1=#1－0．1；角度递变ENDW2G0X60F50G0Z5#6=#6+0．08；切深递变ENDW1G0X100．Z100．M05M30加工时，圆弧车刀以圆弧中心为刀位点对刀，其最终切深按两侧齿廓线以刀尖圆弧半径倒圆后的圆心位置来确定，圆弧段螺纹车制的起始和终止角度可

8、按超出有效毛坯外的第一个齿槽位置求算。采用圆弧车刀预切结束的同时也完成了齿底的加工，仅剩两侧齿廓余留量如图2中阴影部分所示。（3）齿廓修形的加工控制左右侧齿廓的修形加工可分别使用左右切刀以对应的齿廓线为深度分层进刀的参考线，在计算出起始走刀位置后，再按上述小线段螺纹车削的实现机制进行切削加工。如图3所示为用右切刀对右侧齿廓实施车削控制的示意图，以齿顶所在弧面弦线与中线交点处的圆弧半径R