慢走丝线编程切割大导程蜗杆刀具实例分析

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前言

菲库斯WEDM是菲库斯公司开发的WEDM自动编程CAD/CAM软件。软件采用最流行的Windows操作系统作为基础平台，采用所见即所得的绘图方式进行编程。它具有完善的图纸设计、加工代码生成等功能。，集图纸设计和代码编译于一体；支持OpenGL图形驱动，提供动态三维仿真。该软件支持2 ~ 6轴切削，并为AgieCharmilles等机床开发了切削条件和特殊工艺数据库。“加工向导+工艺模板”的新型加工方式，可以实现高效、安全的智能编程。通过一个蜗杆车刀加工的实例，介绍了软件、机床操作的基本方法和注意事项。

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大导程蜗杆的车削特性分析

本例所述刀具为大导程单头蜗杆车刀，中径80mm，轴向模数m=10(蜗杆导程= π m = 3.14× 10 = 31.4mm)，在车削半径为300mm的车床上加工。根据被加工零件的特点和要求，蜗杆车刀主要有以下特点:蜗杆加工导程大，机床主轴转速过高时，换算进给速度很高(当机床主轴转速为200r/min时，进给速度=导程×主轴转速= 31.4× 200 = 6280mm/min，目前一般车床的进给速度小于5000mm/min)，会超过。为了防止车削蜗杆时超调，机床的转速不宜过高，此时相应的切削速度应相应较低(主轴转速为200转/分，蜗杆大外圆直径=节圆直径+2 = 80+20 = 100mm，外圆切削速度=主轴转速× π×蜗杆大外圆直径= 200× 3.14× 100/1000)，切削时容易产生切屑结块。切入蜗杆齿廓螺旋面时，对刀具产生强烈的冲击，刀具韧性不足时，容易造成刃口开裂。此外，这种蜗杆的直径为100mm，节圆直径为80mm，导程较大，其分度圆的螺旋角λ也较大。为了配合加工条件，避免干涉，刀具需要大于蜗杆螺旋角的后角，这也会导致刀具强度的降低。最终成型切削时，由于切削面积大，所需切削力很大，容易产生振动，导致产品表面质量差，刀具损坏。

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工具供应方案分析

车削蜗杆类似于车削梯形螺纹，根据蜗杆齿廓角度20× 2选择刀尖角度。一般情况下，可转位螺旋车刀刀片由硬质合金制成，因此宜采用较高的切削速度。如果切削速度低，会产生切屑结块，影响刀具寿命和加工质量。因此，从生产安全、产品质量和生产成本等方面考虑，不宜选用可转位螺旋车刀。如果使用传统的焊接工具进行磨削，则需要准备毛坯和叶片，并进行焊接、热处理等加工。准备周期长，韧性不好，刃口容易崩刃。而且为了避免后刀面和螺纹后刀面之间的干涉，这种大导程的车刀需要更大的后刀面角。如果操作者自己打磨，打磨角度没有保证，打磨角度过大会降低刀具的强度。转弯过小的车时，侧面会碰到蜗杆齿廓。本例选用白钢条，根据计算出的蜗杆分度圆螺旋角设定一定的安全余量，确定刀具后角。刀具的主切削刃是在线切割机床上切出的，刀具后角是一起切出的。由于线切割加工表面质量好，操作者只需稍加打磨即可用于生产，因此在短时间内准备好刀具是一种解决方案。

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确定蜗杆车刀的后角。

蜗杆车刀的后角是根据被加工蜗杆的螺距螺旋角来确定的。螺旋角是指螺纹的圆周线和螺纹之间的角度。螺旋角在螺纹的外径、中径和内径(基径)上是不同的。一般螺旋角是指在螺纹中径上展开的圆周线与螺纹之间的夹角，螺旋角= arctan[导程/(中径× π)]。蜗杆的螺旋角可以通过参照螺纹的螺旋角来计算。在这个例子中，蜗杆的导程是πm，其中m是蜗杆的轴向模量。设计值为10，中径为80mm。计算蜗杆的螺旋角= arctan [π× 10÷ (80× π)] = 7.125()，考虑到刀具背面与螺纹面之间应有一定的间隙。这样既能避免加工刀具与工件的干涉，又能保证刀具的强度，使切削平稳，精加工时刀具不振动[1-3]。

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线切割白钢刀蜗杆车刀的程序加工

5.1加工程序的准备

首先你需要画出图案进行加工编程，可以直接用菲库斯WEDM软件画出来。该软件与工程机械辅助绘图软件CAD具有良好的兼容性，可将CAD程序绘制的图纸保存为扩展名为“的文件”。DXF”并将其导入FIKUS软件进行直接编程。对于精通CAD软件，不熟悉FIKUS线切割软件的工程师来说非常方便。

5.2编程

1)双击桌面上名为“F i kus Visualcam17”的图标，进入F i kus线切割软件的CAD界面。

2)加工图样的编制有两种方式:一种是直接导入。DXF "文件由CAD创建，单击菜单上的"文件"选项，并选择要导入的"。DXF "文件在导入；另一种是直接用FIKUS软件绘图。

3)进入CAM加工界面，可以点击“CAM”下拉菜单中的“WEDM Shift+Ctrl+W”，或者直接按工具栏中的按钮图片，FIKUS软件将进入零件切割界面。

4)点击“CAM”栏下的“新路径”图标，然后点击“检查”按钮，出现选择机床的下拉菜单界面。在下拉菜单中选择机床型号“CUT 200P”，然后点击check按钮确认机床型号选择，如图1所示。输入程序名称:本例根据加工过程将程序分为粗加工程序和精加工程序。粗加工程序命名为TYDKC，精加工程序命名为TYDJ。在CAM栏中创建新零件后，程序名称分别被修改。将粗加工程序名改为TYDKC的结果如图2所示。

5)点击“CAM”栏下的“新零件”图标，在弹出的“新零件参数”对话框中，根据阶梯叶片毛坯的尺寸输入相关参数，如工件厚度H25、角度0。

6)点击“零件”栏下的“选择XY”图标，选择蜗杆刀具前端切削部分的轮廓线，回车确认，选择刀具切削部分的轮廓线，所选轮廓线将以设定的颜色显示。

7)点击“零件”栏下的“导入路径”图标，选择第一种“点对点”的图片方式，勾选“垂直于XY轮廓”项，将导入路径的长度设置为3，分别点击刀具零件图的前轮廓线，导入路径线会在零件切割轮廓的起点以3mm虚线示意性显示。

8)点击“编程”栏下的“快速向导”图标，依次完成以下步骤的设置。①在弹出的“快速指南”主页对话框中，根据切割铜线的直径输入相关参数，线径= =0.25mm该值根据所选铜线的直径输入。粗加工时，设置切削次数= 1次，一刀粗切形状，线切割代码设置为AAA，根据个人习惯或相关程序文件要求设置。②点击按钮图片，根据CUT200P机床的工艺参数表，在快速导轨第二页(快速导轨界面第二步)的对话框中输入切削补偿值0.13(粗加工后0.13mm单边余量)，可根据加工需要进行设置。③点击按钮图片，在弹出的快速指南第三页对话框中输入:边角料长度= =0.3mm，可以根据实际需要设置适当的余量。刀具轮廓为凸形，切削方式为凸模。切割内轮廓时，可以选择凹模，系统会确定余量的方向和位置。④设置好参数后，右击按钮，在快捷菜单中选择“计算”，点击图片，在快速向导第四页的对话框中选择“停止”，点击检查图标确认。⑤参数设置完成后，右键点击按钮，然后点击计算、仿真、后处理选项，点击检查图标确认。设置过程如图3所示，仿真结果如图4所示。

5.3加工程序的轨迹计算和后置处理

1)完成蜗杆刀具后角的锥度设定。在鼠标程序管理器中右键单击TYDKC几何体，在弹出菜单中选择“计算”来计算轨迹。在鼠标程序管理器中右击TYDKC几何图形，在弹出的菜单中选择后处理，在弹出的后处理对话框中输入数控程序号TYDKC，选择后处理器切削X00-MILLENNIUM-。这里的后处理器会因版本不同而不同，取决于使用的设备。

2)设置完成后，点击“后处理”进行处理，生成机床切削的程序。粗加工蜗杆刀具的程序如下。

00001(TYDKC；E501线-)

N10 G10 P0 B0

n20g 10 P1 B1；

N30 G11(WIR，AAA)；

N40 G21

N50 M27

N60 M23

(恒定锥度备注:E501)

N70 M31

N80 G10 P16 R0。；

N90 H25。；

N100 S501 M11

n110 M15 P1；

N120 G90

N130 G00 X167.672 Y155.041

……

N240 M50

N250 G90

N260 G10 P0 B0

N270 G10 P16 R0。；

N280 M30

3)精加工蜗杆刀具设置:切削2和修剪1共3刀，在快速指南对应页面设置。精加工编程过程和粗加工类似，就不赘述了。与加工程序匹配的线表文件和工艺文件的文件名应与机床上的程序设置一致。主要区别在于新零件的锥度设置(见图5)，精加工的仿真效果如图6所示。蜗杆铣刀的精加工程序如下。

00002(TYDJ；E501-E502-E503电线-)

N10 G10 P0 B0

n20g 10 P1 B1；

N30 G11 (WIR，CCC)；

N40 G21

N50 M27

N60 M23

(恒定锥度备注:E501)

N70 M31

N80 G10 P16 R0。；

N90 H25。；

N100 S501 M11

n110 M15 P1；

N120 G90

N130 G00 X167.774 Y152.818

N140 M60

……

N440 G40 G50 X181.193 Y152.171

N450 M50

N460 G90

N470 G10 P0 B0

N480 G10 P16 R0。；

N490 M30

5.4加工程序的传输

加工时，程序通过u盘复制到机床上，机床自带的软件在机床操作系统中生成与加工程序相匹配的工艺文件和线表文件。机器开机，调用程序就可以完成机器。

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有关注意事项

1)机床加工锥度零件时，锥度< 3的加工视为一般零件加工。由于被加工刀具的后角要求为10°，在加工刀具前，需要用线材矫直装置将锥度设置为10°，待线材矫直后再进行加工。

2)精加工时，第一刀切削时会从工件上切下一层厚薄不均的金属皮。当铜线即将切断工件时，要特别注意。这里的电线很容易被夹断。在第一次切割前编程时，设置“暂停”。当程序运行到暂停时，由于暂停余量设置得很小，约0.3mm，切屑基本脱离刀体。如果有，小心地取出废料，然后继续运行程序完成加工。如果余料没有分离，也可以人工轻轻折叠，防止电线被夹断。

3)粗加工时，由于切削量比较大，需要调整切削放电脉冲，设置为较小的值。

另外，由于粗加工和精加工时工件的装夹位置不变，粗加工和精加工的编程基准相同，粗加工前找边对刀后精加工时可以直接调用精加工程序，不需要额外对刀，既能保证精度，又能提高效率。

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结束语

线切割设备精度高，应用一定的加工技巧后，加工效率可以进一步提高。按此方案制备的蜗杆刀具，只需对刀具的后角和前角稍加打磨即可用于生产，是一种相对高效、经济的工艺方法。本文以这种蜗杆刀具的线切割加工过程为例，简要介绍了FIKUS软件和Agie Charmilles线切割机床的操作和应用，希望能为同行提供一些参考。