内孔端面圆弧轮廓螺旋槽车削加工
2018-10-26中石化石油工程机械有限公司第四机械厂湖北荆州434024周俊堂
■中石化石油工程机械有限公司第四机械厂 （湖北荆州 434024） 周俊堂
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钢丝绳绳头固定器是油田各型钻、修机钩载起升设备中的重要零件之一，在其固定钢丝绳绳头时使钢丝绳按其旋向和固绳器螺旋槽相吻合，压紧钢丝绳。如图1所示是一种固定钢丝绳的座体下半部（技术要求：圆弧槽右旋，捻节距245mm；整圆头数6个），其内槽特征是与钢丝绳外轮廓相对应的螺旋槽形状，在内槽圆周上均布有6处圆弧轮廓的螺旋槽，圆弧槽半径为8mm，钢丝绳捻节距为245mm。
针对该产品特征结合本单位工艺资源的情况，制定了如下工艺方案：下整体方形料→铣外形→钻内孔→车外形、内孔螺旋槽→锯开→铣面、钻4孔；具体分析该产品的加工难点在于内槽圆周上均布6处圆弧轮廓的螺旋槽的加工，本文重点对此进行介绍。
1.圆弧轮廓螺旋槽车削工艺
由于该产品在内孔圆周上均布6处圆弧轮廓的螺旋槽特征，所以需采用主轴带C轴功能的数控车床来完成加工，此类数控车床主轴在圆周上可以进行360°角度定位，先通过C轴的角度与X轴方向的直径定位配合形成圆头车刀中心轨迹的圆弧轮廓逼近，再进行Z轴与C轴同步的螺旋轨迹的进给，从而完成单个端面圆弧轮廓螺旋槽的加工（圆头车刀的中心轨迹路径见图2），其余5个相同的螺旋槽只需进行C轴角度的增量偏移就可完成加工。
2.内孔圆头车刀车削过程减振方案
在车削刀具的选用上，因要通过圆弧逼近的方法拟合圆弧槽轮廓的方法，所以车削中采用的圆头车刀是R5mm的圆弧车刀进行立装并垂直于Z轴端面圆弧轮廓方向（见图3）。由于所加工的孔径较小且深，刀杆长径比超过5倍，所以尽量选用整体硬质合金刀杆来保证刀杆刚性；加工过程中，刀具易产生振动，影响加工效率和表面质量，减少振动影响的方法如下：
图1
图2 车端面圆弧轮廓分度
（1）刀具安装时，刀杆伸出部分尽量短，以比内孔长度长3～5mm为宜，可以一定程度提高刀杆刚性。
（2）尽量增加刀杆截面积，按内孔直径设计刀杆直径为25mm，这样也能提高刀杆刚性。
（3）R5mm圆弧刀头选用耐磨性较好的W6Mo5Cr4V2牌号的高速钢刃磨，将刀刃刃磨锋利，降低切削力。
（4）采用移圆法和车圆法穿插进行车削加工，减少切削刃与加工面接触面积，降低切削力。本产品每次进给深度为0.5mm。
移圆法：采用相同的圆弧半径逐步向底径进刀，即分层车削。
车圆法：采用不同的圆弧半径逐步加大，最终达到成品尺寸。
（5）合理选用切削用量，浇注切削液，充分冷却至车刀头，减少刀具磨损。
3.圆弧轮廓螺旋槽车削路径的数控编程实现
图3 圆弧头车刀
通过对单个圆弧轮廓的角度分解，先从11.48°～0°进行车削（见图2a），再从348.52°～0°进行车削（见图2c）。以下是单个圆弧轮廓螺旋槽的车削加工的数控程序,其余5个螺旋槽只需将主轴C轴的工件坐标增量旋转60°分别进行5次就可完成所有螺旋槽的加工。
具体数控程序如下（局部）：
N1
R0=1.148 R1=15 R2=3 R3=11.48 R4=0 R5=245 R41=3600 R40=4000
G00X=31-10
Z100
BB:M3S10
R3=R3-R4
G00X=31-10
G01G90C=R3 F=R41
R6=SQRT(R2*R2-(R1*SIN(R3))*(R1*SIN(R3)))+R1*COS(R3)
X=R6*2 F1500
Z2
G01G91Z-105 C=(105/R5)*360 F=R40
G01G90X=31-10
Z2.0
R4=R4+R0
IF R3>0 GOTOB BB
G00Z100
M00
N2
R0=1.148 R1=15 R2=3 R3=-11.48+360 R4=0 R5=245 R41=3600 R40=4000
G00X=31-10
Z100
BB1:M3S10
R3=R3+R4
G00X=31-10
G01G90C=R3 F=R41
R6=SQRT(R2*R2-(R1*SIN(R3))*(R1*SIN(R3)))+R1*COS(R3)
X=R6*2 F1500
Z2
G01G91Z-105 C=(105/R5)*360 F=R40
G01G90X=31-10
Z2.0
R4=R4+R0
IF R3<360 GOTOB BB1
G00Z100
M00
M30
宏变量参数的意义：
R0 圆弧角度增量
R1 螺旋槽大径
R2 刀路圆弧半径
R3 圆弧角度起始值
R4 圆弧角度变量
R5 节距
R41 进给速度
R40 进给速度
4.结语
本文介绍的加工方法制定了合理的数控车削工艺方法，根据产品特征设计车削刀具，并编制了灵活使用的数控宏程序，使数控程序更加简单、标准化，便于程序的调试与应用，高效地完成了内孔螺旋槽的加工。
