高速旋转轴8字油槽数控车加工的工艺分析与编程
摘要：8字油槽常应用在高速旋转的外圆轴或轴套上。在普通机床上加工效率低、精度差；在四轴加工中心上加工精度高、效率一般，但成本较高。针对这种情况，本文着重研究数控车床螺纹加工程序的格式、宏程序的编制，8字油槽数控车床加工刀具的选择和刃磨、程序的编制。改进夹具和加工工艺，以提高加工效率，降低工人的劳动强度保证了加工质量，提高了生产效率，降低了生产成本。
关键词:8字油槽 数控车 宏程序
1引言
在工程机械上，许多高速旋转轴、套类零件的外圆或内孔中均设有油槽，且油槽型式往往为8字或双8字型。早期的8字油槽在普通车床上加工，当油槽两端允许出头时,可在车床上用加大螺距法加工；若两端不允许出头时，则不能在车床上直接车出，需借助由曲柄滑块机构组成的工装在车床上来完成。近些年随着数控设备的飞速发展和日益普及，在数控机床上加工8字油槽已日趋成熟，加工效率成倍增加、产品质量更有保证。
内孔油槽一般在普通车床或数控车床上加工，外圆轴上的油槽可在普通车床、数控车床及四轴加工中心上加工。四轴加工中心上加工零件精度高，但成本也高。普通车床加工效率低、精度低，成本也低。本文就高速旋转轴上8字油槽在数控车床加工提出加工工艺、刀具选择和刃磨、加工程序等加工完整方案。
2宏程序编程
一组以子程序的形式存储并带有变量的程序称为用户宏程序，简称宏程序；调用宏程序的指令称为“用户宏程序指令”或宏程序调用指令（简称宏指令）。
用户宏程序分为A、B两类。通常情况下，FANUC 0TD系统采用A类宏程序，而FANUC 0i系统则采用B类宏程序。本文采用B类宏程序。
2.1变量
2.1.1变量的表示
变量用变量符号＃和后面的变量号指定，例如：#1，#[#1+#12-10]
B类宏程序其表达式必须全部写入方括号“［ ］”中。程序中的圆括号“（ ）”仅用于注释。
2.1.2变量的引用
引用变量也可以采用表达式
例： G01 X[#1+#3] F#10
2.2变量的赋值
直接赋值 #10=100；#2=SQRT[#1]
2.3运算指令 常用运算指令如下：
加减乘除运算：+，-，*，/
正弦、反正弦运算：SIN[ ]，ASIN[ ]
平方根：SQRT[ ]
1）函数SIN、COS等的角度单位是�
2）宏程序数学计算的次序依次为：函数运算（SIN、COS、ATAN等），乘和除运算（＊、/、AND等），加和减运算（+、-、OR、XOR等）。
3）函数中的括号 括号用于改变运算次序，函数中的括号允许嵌套使用，但最多只允许嵌套5层。
4）宏程序中的上、下取整运算CNC处理数值运算时，若操作产生的整数大于原数时为上取整，反之则为下取整。
2.4控制指令
控制指令起到控制程序流向的作用。
2.4.1分支语句
格式一 GOTO n
例：GOTO 50
该例为无条件转移。当执行该程序段时，将无条件转移到N50程序段执行。
格式二 IF［条件表达式］GOTO n
例：IF [#1 GT -20] GOTO 100
该例为有条件转移语句。如果条件成立，则转移到N100程序段执行；如果条件不成立，则执行下一程序段。
条件表达式的种类：
EQ（等于） ； GT（大于） ； LT（小于） ；
GE（大于等于）； LE （小于等于）。
2.4.2循环指令循环指令格式为：
WHILE［条件表达式］ DO m (m=1、2、3…)；
……
END m；
当条件满足时，就循环执行WHILE与END之间的程序段；当条件不满足时，就执行END m的下一个程序段。
3偏心轴承座上8字油槽加工方案设计与实施
3.1 8字油槽的用途
此8字油槽加工在偏心轴承座的外圆上，主要用于储存油脂，起到润滑作用。产品零件图如下图：
偏心轴承座零件图上8字油槽图 |
3.2 8字油槽加工存在的技术难点及解决方案
3.2.1左右旋螺旋槽
该零件上的8字油槽为左、右旋封闭螺旋槽，且导程大，达100mm以上。由于是封闭式螺旋槽，因此不能像其他普通螺纹一样采用轴向延伸导入进刀、导出退刀，而需采用斜向从螺旋线的中间部位进入、斜向从螺旋线的中间部位退出；由于在一次进刀车削过程中出现左、右旋螺旋的交替车削，且本螺旋线的螺旋升角达到12.5˚，因此对螺旋线车削刀具的几何角度有较高的要求。
3.2.2 螺旋线的交汇点处于油孔中央
为了使油脂顺畅地流入螺旋槽，油孔的中心应处于两条螺旋槽的交汇点。由于该零件为偏心件，对油孔位于零件圆周上的位置有严格的要求，因此不能在车好8字油槽后再钻孔，需先钻好油孔后再加工8字油槽。在车削过程中要保证8字油槽两条螺旋槽的交汇点正好处于油槽的中心，需通过调整螺纹加工指令中的螺纹起始角Q值来实现。
3.2.3 圆弧形螺旋槽
本8字油槽槽形为R3的圆弧槽，虽深度仅有1mm，但若采用圆弧车刀直接车出，由于车刀后角较大（达到１８度左右）、强度较低，易产生振动和崩刃。因此采用尖头车刀逐刀逼近的方法车出圆弧形槽形。由于采用逼近车削法车削刀数多、计算较复杂，因此采用宏程序编程。
3.3实施方案
3.3.1加工设备选择与刀具的选择
该零件的直径小于150mm，属于中小型零件，常用卧式数控车床(6140、6150等)均可用于该零件的加工。由于该零件的毛坯材料为铸铁，对车刀的后角要求大，需手工刃磨，故选用YG8普通焊接式螺纹车刀。
3.3.2 工件的定位与装夹方式
工件安装采用专用夹具，属于心轴类车床夹具。偏心轴承座的内孔装入夹具心轴上，且用一端面销插入端面油孔内，使零件在夹具内实现了完全定位。在零件右端面采用压板与螺母固定。采用完全定位方法使试制好第一个零件后，其余的零件只要装入夹具固定后不需试切对刀等过程就可直接加工完成。
3.3.3 螺纹槽加工指令G32
G32 X(U)
其中，X(U) Z(W) 为螺纹的终点坐标；Ｆ为直线螺纹的导程；Ｑ为螺纹的起始角。
加工过程中，通过调整起始角Ｑ值，保证两条螺线的一个交点正好位于油孔内。
3.3.4 螺旋线试切程序及Ｑ（起始角）值的修调：
|
M03 S35 |
T0303 |
#1=0 |
G00 X250 Z10 |
G32 X147.5 Z-37 F118 Q[#1] |
G32 X147.5 Z-66.5 F118 |
G32 X147.5 Z-7.5 F118 |
G32 X147.5 Z-66.5 F118 |
G32 X147.5 Z-7.5 F118 |
G32 X147.5 Z-37 F118 |
G32 X250 Z-84 F118 |
G00 X251 Z-84 |
G00 X250 Z-84 |
G32 X147.5 Z-37 F118 Q[#1] |
|
G32 X147.5 Z-66.5 F118 |
|
G32 X147.5 Z-66.5 F118 |
G32 X147.5 Z-37 F118 |
G32 X250 Z10 F118 |
G00 X250 Z50 |
M30 |
% |
O3001Ｑ值与Ｌ值之间的关系： |
3.3.58字油槽圆弧槽形的数控车加工程序：
O3002 |
M03 S35 |
|
#1=通过步骤（3.3.4）调试后得到的Q值 |
#10=2.5 |
N10 #10=#10-0.2 |
#11=SQRT[3*3-#10*#10] |
G00 X[254-2*#11] Z[10+#10] |
|
G32 X[151-2*#11] Z[-66.5+#10] F118 |
G32 X[151-2*#11] Z[-7.5+#10] F118 |
G32 X[151-2*#11] Z[-66.5+#10] F118 |
G32 X[151-2*#11] Z[-7.5+#10] F118 |
G32 X[151-2*#11] Z[-37+#10] F118 |
G32 X[151-2*#11] Z[-84+#10] F118 |
G00 X260 Z-84 |
G00 X[254-2*#11] Z[-84+#10] |
G32 X[151-2*#11] Z[-37+#10] F118 Q[#1] |
G32 X[151-2*#11] Z[-7.5+#10] F118 |
G32 X[151-2*#11] Z[-66.5+#10] F118 |
G32 X[151-2*#11] Z[-7.5+#10] F118 |
G32 X[151-2*#11] Z[-66.5+#10] F118 |
G32 X[151-2*#11] Z[-37+#10] F118 |
G32 X[151-2*#11] Z[10+#10] F118 |
IF [#10 GT -2.5] GOTO10 |
G00 X260 Z50 |
M30 |
% |
T0303
G32 X[151-2*#11] Z[-37+#10] F118 Q[#1]
4 8字油槽试样
5结论
高转速旋转轴8字油槽在数控车床上加工，效率高、成本低。
