基于西门子828D的里巴斯绳槽参数程序开发

2018-07-27大连机床集团辽宁116022

金属加工(冷加工) 2018年7期

■ 大连机床集团（辽宁 116022）杨晗

在石油钻采行业中里巴斯绳槽卷筒的应用，有效地解决了石油钻机绞车中钢丝绳的乱绳、磨损等技术难题，能够延长钢丝绳的寿命500%以上。里巴斯绳槽卷筒传统的加工方法，加工效率低，精度保证性差，本文以大连机床集团生产的CKA6180平床身数控车加工为例，介绍了基于西门子828D数控系统，里巴斯绳槽加工工艺以及宏程序的开发流程，实现一次性加工成型，彻底颠覆了传统加工方法，大大地提高了加工表面质量、加工精度以及加工效率，打破了国外对此项加工技术的垄断，填补了国内空白。

1.加工工艺分析

里巴斯绳槽又叫双折线卷绕绳槽，简单地说，就是在一个螺距的圆周上由两条斜线和两条直线连接。JC18型里巴斯绳槽成品加工简图（绳槽旋向为左旋）如图1所示，绳槽展开图如图2所示，绳槽横截面局部剖面图如图3所示。

JC18型里巴斯绳槽卷筒的材质是Q345B，属于低碳钢（C<0.2%），具有良好的韧性、低温性能、冷冲压性能、焊接性能；且JC18型里巴斯绳槽的横截面为深度7.5mm的半圆弧，综上所述，选用圆弧半径为2mm，最大切深为10mm且具有锋利槽型的外圆仿形切槽刀最为合适。

确定JC18型里巴斯绳槽加工工艺。加工时，采取一夹一顶的装夹方法，此加工件回转直径以及自重大，为了增加切削刚性，尾座端一定要采用伞形且与卷筒内腔配合紧密的活顶尖，进行顶紧。

圆形仿形刀片切削时，圆弧形刀刃与工件接触，所受切削抗力较大，所以在实际加工中一定要在X、Z方向分层切削。

2.宏程序开发难点分析

西门子828D数控系统提供了“带有恒定螺距的螺纹链连续切削功能G33”，它通过西门子828D数控系统优秀的高速处理技术以及平滑插补技术，连续加工带有拐点的螺纹链，其插补简图如图4所示。

图1 JC18型里巴斯绳槽成品加工简图

图2 JC18型里巴斯绳槽展开图

图3 JC18型里巴斯绳槽横截面局部剖面图

在数控编程中，经常会遇到相同的控制动作或相同的加工任务。如果将这些相同的“任务”转化成具有重复性的语句，将会大大缩短程序的长度，减少编程的工作量。如粗车时，每一层都是相同的重复轮廓轨迹。我们可以利用循环结构指令语句，把重复轮廓轨迹变成一个反复循环的过程，程序将会变得简洁、易懂、可操作性强。

3.宏程序算法

由图2可知，在一个螺距内，0°到120°、180°到300°是两条直线段；120°到180°、300°到360°是两条斜线段，共有4段，我们分别加工。这里，我们使用西门子828D数控系统的“带有恒定螺距的螺纹链连续切削功能”G33指令。对于直线段的螺纹切削，利用Z方向微小位移方法加工（移动0.001mm），这样做既不影响加工精度，又能满足加工条件；对于斜线段的螺纹切削，按照正常的螺纹加工即可；一个螺距内，螺纹链的加工程序，如下所示：

G33 Z=IC(-0.001） K0.006

G33 Z=IC(13.585) K81.51

G33 Z=IC(-0.001) K0.006

G33 Z=IC(13.585)K81.51

西门子828D数控系统提供了系统变量、预定义用户变量和用户定义变量。通过变量的使用，可以使零件程序和循环的编写更加灵活。

图4 G33螺纹链插补简图

由图3可知，里巴斯绳槽的槽型为半圆弧形，加工时，需要在X、Z方向分层，为了方便排屑，我们采取先加工Z层，再加工X层的策略。自定义的变量有，R1为切削时Z轴的起始点坐标；R2为仿形槽刀刀片半径；R3为绳槽横截面圆弧半径；R4为仿形刀刀片圆心切削半径；R5为绳槽螺距总数；R6为Z方向每层切深；R7为X方向每层切深；R8为圆弧上与Z坐标值，对应的X点坐标；R9为分层切削时，在同一X坐标层内，Z最大值；R10为分层切削时，在同一X坐标层内，Z最小值；R11为绳槽螺距计数器（≤R5）；R12为提取R9数值；R13为提取R10数值。

通过计算，我们对上述变量赋值并得出计算关系式，最终开发的宏程序，如下所示：

R1=-40.71

R2=2

R3=13.5

R4= R3-R2=11.5

R5=32

R11=0

G00X490.

Z=R1

R6=0.6

R7=0.2

R8=482-SQRT(4*(R4*#R4-(R1+30)*(R1+30)))