吹塑机头螺旋芯棒的数控编程与加工

闫宫君等

摘要： 针对吹塑机头上螺旋槽的结构特点，介绍了一种数控加工工艺与编程方法，不仅提高了加工精度和质量，而且大大提高了生产效率，克服了加工中的实际难题，对同类零件的加工有一定借鉴作用。

Abstract： According to the structure characteristics of blow molding machine head spiral groove， this article introduces a kind of NC processing technology and programming method， which has not only improved the machining accuracy and quality， but also greatly enhanced the production efficiency， and overcome the practical difficulties in processing. It has certain reference to the similar parts processing.

关键词： 螺旋芯棒；加工工艺；数控编程

Key words： spiral mandrel；processing technology；NC programming

中图分类号：TP391.7 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）28-0030-02

0 引言

挤出成型是热塑性塑料重要的成型方法，其产量也居各成型方法的首位。通过更换机头可生产多种制品，其中挤出吹塑薄膜是挤出生产的主要产品之一，广泛应用在工业、农业、国防工业及人们生活的各个领域中。常用的薄膜机头有芯棒式、十字形、螺旋式、多层薄膜吹塑和旋转式等5种，螺旋式模机头因拆装和操作简便、无料流接缝、适合高粘度材料的挤出、挤出制品具有良好的机械强度、易控制厚度等优点，得到越来越广泛的应用。螺旋式机头结构组成如图1所示。

由于螺旋槽深度不断减小而螺旋芯棒与机体之间的间隙逐渐增大，进入螺旋流道的物料一部分沿螺旋槽螺旋上升，另一部分溢出螺旋槽，沿螺旋芯棒与机体之间的间隙直线上升，多股螺旋上升的料流与垂直上升的环形料流在口模入口汇合，稳压后经模口挤出，形成管膜。为获得足够的物料压缩比，保证物料压缩、传送连续均匀，成型均匀，螺旋芯棒外表面加工有深度均匀变化的螺旋槽。通常螺旋槽的尺寸精度要求比较高，普通设备加工难度非常大，很难保证零件的质量，如何改进加工工艺，有效利用现有数控设备，提高加工精度、质量、生产效率，降低生产成本，成为亟待改善的难题。本文重点论述螺旋槽的加工。

1 工艺分析

图2所示为适用于PE/PP吹膜机的螺旋芯棒。

工件材料：40Cr。工件毛坯：锻件。主要工序内容：铣外形→粗车外圆、内孔→时效热处理→精车外圆、内孔定尺寸→铣其余外形定尺寸→加工螺旋槽（加工中心）→抛光。

螺旋槽技术要求：螺旋槽头数为4；螺距为16；螺旋槽为半圆形，其半径为R6.5；螺旋槽右端深度为-14。表面粗糙度值Ra=3.2μm，其他位置公差均要求比较高。流道要求过渡处要求光滑、顺畅、无死角。

2 确定数控工艺过程

2.1 工艺准备 机床选择：在数控加工中需平行于轴线方向的X轴、刀具升降的Z轴和绕X轴旋转的A轴联动进给。因此需要配备数控分度头三轴数控铣床或数控加工中心。本文选定4轴立式加工中心VMC8508B（系统：华中HNC-22M），X轴和A轴实现两轴联动完成加工轨迹。

装夹方式：制作一个小端堵头，采用一夹一顶的装夹方式，利用A轴的三爪自定心夹盘装夹Φ280外圆，另一侧利用活动顶尖顶紧工件。以主视图上左端面为基准找平，限制X轴的转动自由度。装夹非常简便，辅助夹具也很经济。

刀具选择：R6.5球形铣刀。

2.2 切削用量 螺旋槽的深度较大，且加工时刀具满刃切削，故背吃刀量不宜过大。为保证加工精度，分粗加工、半精加工、精加工三个工步进行加工。粗加工：ap=1，n=1000r/min，加工余量0.2；半精加工：n=1500r/min，加工余量0.05；精加工：n=2000r/min。

3 数控编程

3.1 编程坐标系设定 为了编程及对刀方便，设定Φ152外圆上距左端面163.5的螺旋槽起点为编程坐标系零点，螺旋角的零点并无要求，圆周上的任何一点均可。

3.2 程序编制

%10

#3=-[180-23-10-6.5]

#4=SQRT[[152/2]*[152/2]-[152/2-14]*[152/2-14]]+6.5

M03S1000

#1=0

#2=0

G54G90G17

WHILE[#2LE360]

WHILE[#1GE[-14]]

G90G43H01Z50

G00X0Y[-#4]A[0+#2]

Z5

G01Z1F200

G01Z[#1]F200

G01Y0F300

#5=360/64*#3

G91G01X[#3]Z-10.5A[-#5+#2]F500

G01Z-1F200

G01X[#3]Z10.5A[#5+#2]F500

G90Y[-#4]

#1=#1-1

ENDW

#2=#2+90

ENDW

G00Z100

M05

M30

3.3 说明 上面的粗加工程序，半精加工及精加工只需要修改，程序省略。螺旋槽加工程序为手工编写的宏程序，双向加工，减少A轴空走刀路，4头螺纹循环4次加工，程序短小精炼，效率高，加工过程连贯。

4 结束语

实践检验，上述编程方法既能满足螺旋芯棒螺旋槽的加工精度要求，又能大幅提高生产效率。该编程方法也适用于各类大螺距、深螺旋槽及不规则非圆螺旋槽等零件的加工。本文的数控加工方案，对于数控机床加工复杂、高精度零件具有一定的借鉴价值。

参考文献：

[1]北京第一通用机械厂.机械工人切削手册（第六版）[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2]张晓黎.塑料吹塑成型速查手册[M].北京：机械工业出版社，2010：7.

[3]唐云岐.机械制造技术[M].北京：中国劳动出版社，2003：7.endprint

摘要： 针对吹塑机头上螺旋槽的结构特点，介绍了一种数控加工工艺与编程方法，不仅提高了加工精度和质量，而且大大提高了生产效率，克服了加工中的实际难题，对同类零件的加工有一定借鉴作用。

Abstract： According to the structure characteristics of blow molding machine head spiral groove， this article introduces a kind of NC processing technology and programming method， which has not only improved the machining accuracy and quality， but also greatly enhanced the production efficiency， and overcome the practical difficulties in processing. It has certain reference to the similar parts processing.

关键词： 螺旋芯棒；加工工艺；数控编程

Key words： spiral mandrel；processing technology；NC programming

中图分类号：TP391.7 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）28-0030-02

0 引言

挤出成型是热塑性塑料重要的成型方法，其产量也居各成型方法的首位。通过更换机头可生产多种制品，其中挤出吹塑薄膜是挤出生产的主要产品之一，广泛应用在工业、农业、国防工业及人们生活的各个领域中。常用的薄膜机头有芯棒式、十字形、螺旋式、多层薄膜吹塑和旋转式等5种，螺旋式模机头因拆装和操作简便、无料流接缝、适合高粘度材料的挤出、挤出制品具有良好的机械强度、易控制厚度等优点，得到越来越广泛的应用。螺旋式机头结构组成如图1所示。

由于螺旋槽深度不断减小而螺旋芯棒与机体之间的间隙逐渐增大，进入螺旋流道的物料一部分沿螺旋槽螺旋上升，另一部分溢出螺旋槽，沿螺旋芯棒与机体之间的间隙直线上升，多股螺旋上升的料流与垂直上升的环形料流在口模入口汇合，稳压后经模口挤出，形成管膜。为获得足够的物料压缩比，保证物料压缩、传送连续均匀，成型均匀，螺旋芯棒外表面加工有深度均匀变化的螺旋槽。通常螺旋槽的尺寸精度要求比较高，普通设备加工难度非常大，很难保证零件的质量，如何改进加工工艺，有效利用现有数控设备，提高加工精度、质量、生产效率，降低生产成本，成为亟待改善的难题。本文重点论述螺旋槽的加工。

1 工艺分析

图2所示为适用于PE/PP吹膜机的螺旋芯棒。

工件材料：40Cr。工件毛坯：锻件。主要工序内容：铣外形→粗车外圆、内孔→时效热处理→精车外圆、内孔定尺寸→铣其余外形定尺寸→加工螺旋槽（加工中心）→抛光。

螺旋槽技术要求：螺旋槽头数为4；螺距为16；螺旋槽为半圆形，其半径为R6.5；螺旋槽右端深度为-14。表面粗糙度值Ra=3.2μm，其他位置公差均要求比较高。流道要求过渡处要求光滑、顺畅、无死角。

2 确定数控工艺过程

2.1 工艺准备 机床选择：在数控加工中需平行于轴线方向的X轴、刀具升降的Z轴和绕X轴旋转的A轴联动进给。因此需要配备数控分度头三轴数控铣床或数控加工中心。本文选定4轴立式加工中心VMC8508B（系统：华中HNC-22M），X轴和A轴实现两轴联动完成加工轨迹。

装夹方式：制作一个小端堵头，采用一夹一顶的装夹方式，利用A轴的三爪自定心夹盘装夹Φ280外圆，另一侧利用活动顶尖顶紧工件。以主视图上左端面为基准找平，限制X轴的转动自由度。装夹非常简便，辅助夹具也很经济。

刀具选择：R6.5球形铣刀。

2.2 切削用量 螺旋槽的深度较大，且加工时刀具满刃切削，故背吃刀量不宜过大。为保证加工精度，分粗加工、半精加工、精加工三个工步进行加工。粗加工：ap=1，n=1000r/min，加工余量0.2；半精加工：n=1500r/min，加工余量0.05；精加工：n=2000r/min。

3 数控编程

3.1 编程坐标系设定 为了编程及对刀方便，设定Φ152外圆上距左端面163.5的螺旋槽起点为编程坐标系零点，螺旋角的零点并无要求，圆周上的任何一点均可。

3.2 程序编制

%10

#3=-[180-23-10-6.5]

#4=SQRT[[152/2]*[152/2]-[152/2-14]*[152/2-14]]+6.5

M03S1000

#1=0

#2=0

G54G90G17

WHILE[#2LE360]

WHILE[#1GE[-14]]

G90G43H01Z50

G00X0Y[-#4]A[0+#2]

Z5

G01Z1F200

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G01Y0F300

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G01Z-1F200

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G90Y[-#4]

#1=#1-1

ENDW

#2=#2+90

ENDW

G00Z100

M05

M30

3.3 说明 上面的粗加工程序，半精加工及精加工只需要修改，程序省略。螺旋槽加工程序为手工编写的宏程序，双向加工，减少A轴空走刀路，4头螺纹循环4次加工，程序短小精炼，效率高，加工过程连贯。

4 结束语

实践检验，上述编程方法既能满足螺旋芯棒螺旋槽的加工精度要求，又能大幅提高生产效率。该编程方法也适用于各类大螺距、深螺旋槽及不规则非圆螺旋槽等零件的加工。本文的数控加工方案，对于数控机床加工复杂、高精度零件具有一定的借鉴价值。

参考文献：

[1]北京第一通用机械厂.机械工人切削手册（第六版）[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2]张晓黎.塑料吹塑成型速查手册[M].北京：机械工业出版社，2010：7.

[3]唐云岐.机械制造技术[M].北京：中国劳动出版社，2003：7.endprint

摘要： 针对吹塑机头上螺旋槽的结构特点，介绍了一种数控加工工艺与编程方法，不仅提高了加工精度和质量，而且大大提高了生产效率，克服了加工中的实际难题，对同类零件的加工有一定借鉴作用。

Abstract： According to the structure characteristics of blow molding machine head spiral groove， this article introduces a kind of NC processing technology and programming method， which has not only improved the machining accuracy and quality， but also greatly enhanced the production efficiency， and overcome the practical difficulties in processing. It has certain reference to the similar parts processing.

关键词： 螺旋芯棒；加工工艺；数控编程

Key words： spiral mandrel；processing technology；NC programming

中图分类号：TP391.7 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）28-0030-02

0 引言

挤出成型是热塑性塑料重要的成型方法，其产量也居各成型方法的首位。通过更换机头可生产多种制品，其中挤出吹塑薄膜是挤出生产的主要产品之一，广泛应用在工业、农业、国防工业及人们生活的各个领域中。常用的薄膜机头有芯棒式、十字形、螺旋式、多层薄膜吹塑和旋转式等5种，螺旋式模机头因拆装和操作简便、无料流接缝、适合高粘度材料的挤出、挤出制品具有良好的机械强度、易控制厚度等优点，得到越来越广泛的应用。螺旋式机头结构组成如图1所示。

由于螺旋槽深度不断减小而螺旋芯棒与机体之间的间隙逐渐增大，进入螺旋流道的物料一部分沿螺旋槽螺旋上升，另一部分溢出螺旋槽，沿螺旋芯棒与机体之间的间隙直线上升，多股螺旋上升的料流与垂直上升的环形料流在口模入口汇合，稳压后经模口挤出，形成管膜。为获得足够的物料压缩比，保证物料压缩、传送连续均匀，成型均匀，螺旋芯棒外表面加工有深度均匀变化的螺旋槽。通常螺旋槽的尺寸精度要求比较高，普通设备加工难度非常大，很难保证零件的质量，如何改进加工工艺，有效利用现有数控设备，提高加工精度、质量、生产效率，降低生产成本，成为亟待改善的难题。本文重点论述螺旋槽的加工。

1 工艺分析

图2所示为适用于PE/PP吹膜机的螺旋芯棒。

工件材料：40Cr。工件毛坯：锻件。主要工序内容：铣外形→粗车外圆、内孔→时效热处理→精车外圆、内孔定尺寸→铣其余外形定尺寸→加工螺旋槽（加工中心）→抛光。

螺旋槽技术要求：螺旋槽头数为4；螺距为16；螺旋槽为半圆形，其半径为R6.5；螺旋槽右端深度为-14。表面粗糙度值Ra=3.2μm，其他位置公差均要求比较高。流道要求过渡处要求光滑、顺畅、无死角。

2 确定数控工艺过程

2.1 工艺准备 机床选择：在数控加工中需平行于轴线方向的X轴、刀具升降的Z轴和绕X轴旋转的A轴联动进给。因此需要配备数控分度头三轴数控铣床或数控加工中心。本文选定4轴立式加工中心VMC8508B（系统：华中HNC-22M），X轴和A轴实现两轴联动完成加工轨迹。

装夹方式：制作一个小端堵头，采用一夹一顶的装夹方式，利用A轴的三爪自定心夹盘装夹Φ280外圆，另一侧利用活动顶尖顶紧工件。以主视图上左端面为基准找平，限制X轴的转动自由度。装夹非常简便，辅助夹具也很经济。

刀具选择：R6.5球形铣刀。

2.2 切削用量 螺旋槽的深度较大，且加工时刀具满刃切削，故背吃刀量不宜过大。为保证加工精度，分粗加工、半精加工、精加工三个工步进行加工。粗加工：ap=1，n=1000r/min，加工余量0.2；半精加工：n=1500r/min，加工余量0.05；精加工：n=2000r/min。

3 数控编程

3.1 编程坐标系设定 为了编程及对刀方便，设定Φ152外圆上距左端面163.5的螺旋槽起点为编程坐标系零点，螺旋角的零点并无要求，圆周上的任何一点均可。

3.2 程序编制

%10

#3=-[180-23-10-6.5]

#4=SQRT[[152/2]*[152/2]-[152/2-14]*[152/2-14]]+6.5

M03S1000

#1=0

#2=0

G54G90G17

WHILE[#2LE360]

WHILE[#1GE[-14]]

G90G43H01Z50

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Z5

G01Z1F200

G01Z[#1]F200

G01Y0F300

#5=360/64*#3

G91G01X[#3]Z-10.5A[-#5+#2]F500

G01Z-1F200

G01X[#3]Z10.5A[#5+#2]F500

G90Y[-#4]

#1=#1-1

ENDW

#2=#2+90

ENDW

G00Z100

M05

M30

3.3 说明 上面的粗加工程序，半精加工及精加工只需要修改，程序省略。螺旋槽加工程序为手工编写的宏程序，双向加工，减少A轴空走刀路，4头螺纹循环4次加工，程序短小精炼，效率高，加工过程连贯。

4 结束语

实践检验，上述编程方法既能满足螺旋芯棒螺旋槽的加工精度要求，又能大幅提高生产效率。该编程方法也适用于各类大螺距、深螺旋槽及不规则非圆螺旋槽等零件的加工。本文的数控加工方案，对于数控机床加工复杂、高精度零件具有一定的借鉴价值。

参考文献：

[1]北京第一通用机械厂.机械工人切削手册（第六版）[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2]张晓黎.塑料吹塑成型速查手册[M].北京：机械工业出版社，2010：7.

[3]唐云岐.机械制造技术[M].北京：中国劳动出版社，2003：7.endprint