東方電氣集團(tuán)東方鍋爐股份有限公司 （四川自貢 643001）姚 希 林智輝 巫 山 郭光強(qiáng) 王冬平

我公司各類產(chǎn)品中常見如圖1所示的管座，需加工的部分為“馬鞍形”焊接坡口曲面（圖1中橙色部分）。為保證裝配焊接質(zhì)量，該坡口曲面的加工尺寸精度要求較高。隨著新產(chǎn)品制造過程中，大直徑、厚壁及難加工材料的“馬鞍形”管座的出現(xiàn)，普通的靠模仿形車削加工方式愈發(fā)不能滿足制造要求。因此，我公司改在立式加工中心和數(shù)控龍門鏜銑床上加工此類管座坡口曲面，使用NX CAM軟件編制數(shù)控加工程序。

NX CAM加工基本設(shè)置

建立好零件（本例中管座尺寸為φ426mm×32mm）及其毛坯模型后，進(jìn)入“加工”模塊進(jìn)行各項(xiàng)設(shè)置。

圖1 管座“馬鞍形”曲面

（1）工件坐標(biāo)系的設(shè)置 首先考慮方便對(duì)刀，其次考慮X、Y軸行程。本例中工件坐標(biāo)系設(shè)置在零件毛坯頂面的中心，如圖2所示。

（2）部件及毛坯的選擇 部件即為管座零件模型。創(chuàng)建毛坯時(shí)，因內(nèi)外圓不需加工，毛坯與零件的內(nèi)外圓尺寸一致；毛坯頂面與零件馬鞍頂點(diǎn)高度對(duì)齊。如圖2所示，實(shí)體部分為部件，半透明部分為毛坯。

（3）刀具創(chuàng)建 粗加工時(shí)使用圓刀片銑刀，曲面精加工時(shí)使用球頭銑刀。

NX CAM編制加工程序

（1）粗加工采用型腔銑如圖3所示，操作中沒有設(shè)置檢查體，指定切削區(qū)域?yàn)椤榜R鞍形”曲面，切削模式為“跟隨部件”，步距按刀具直徑的80% ，并設(shè)置切深、主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給率等切削參數(shù)。

最終生成的粗加工刀路（見圖4）較為混亂，加工時(shí)間長(zhǎng)達(dá)67min。觀察其第一層的刀路 (見圖5)，可見在同一加工層上，進(jìn)、退刀較為頻繁，造成空行程過多，加工效率較低。圖4、圖5中黃色為進(jìn)刀，藍(lán)色為切削，白色為退刀，紅色為快速移動(dòng)。加工現(xiàn)場(chǎng)如圖6所示。

圖2 部件與毛坯模型

圖3 型腔銑設(shè)置

圖4 粗加工刀路

圖5 粗加工第一層刀路

（2）精加工采用固定輪廓銑 如圖7所示，指定切削區(qū)域?yàn)椤榜R鞍形”曲面，驅(qū)動(dòng)方法選擇“流線”。設(shè)置相應(yīng)切削參數(shù)后，最終生成精加工刀路，如圖8所示。該刀路連續(xù)、規(guī)則，切削效率高。精加工所用時(shí)間為26min。加工現(xiàn)場(chǎng)如圖9所示。

NX CAM加工程序優(yōu)化

粗加工型腔銑程序中，在管座內(nèi)部增加一個(gè)檢查體（圖10中紅色部分），可避免在管座內(nèi)腔產(chǎn)生進(jìn)、退刀，且可以避免刀路進(jìn)入該范圍內(nèi)，從而有效地減少了空行程。

設(shè)置檢查體后，不改變切削參數(shù)，生成的刀路如圖10所示，加工時(shí)間縮短為40min。觀察其第一層的刀路（見圖12），可見在同一加工層上，刀路是連續(xù)的，只有一次進(jìn)、退刀。

圖13、圖14所示為管座加工現(xiàn)場(chǎng)和加工完的情況。

管座“馬鞍形”曲面數(shù)控加工工藝

圖6 粗加工

針對(duì)我公司實(shí)際情況，為提高管座“馬鞍形”曲面數(shù)控加工工藝手段的可操作性，我們對(duì)NX CAM軟件進(jìn)行了二次開發(fā)和定制：

（1）建模模板的定制 只需在定制界面中輸入相關(guān)參數(shù)，即可生成CAM編程所需的部件和毛坯模型。

（2）加工模板的定制 對(duì)管座分類進(jìn)行加工模板的定制，編程時(shí)只需選擇對(duì)應(yīng)的模板即可自動(dòng)生成刀具、切削參數(shù)和加工刀路等，經(jīng)較少的修改即可完成所需程序的編制。

（3）刀具庫的定制開發(fā) 將加工管座所用各型號(hào)刀具的三維模型、其適合加工的材質(zhì)及對(duì)應(yīng)切削參數(shù)等關(guān)鍵信息在CAM刀具庫中進(jìn)行了定制，方便編程時(shí)快速選擇刀具，并進(jìn)行有效的加工仿真。

（4）機(jī)床仿真與工裝夾具庫的定制 對(duì)所用的機(jī)床進(jìn)行了仿真定制，并建立了工裝夾具的三維實(shí)體庫，可進(jìn)行有效的加工檢驗(yàn)。

（5）后處理器的定制 對(duì)所用的各類機(jī)床分別開發(fā)了專用的后處理器，生成的G代碼程序安全可靠。

直徑和馬鞍落差量較小的管座，采用自定心卡盤進(jìn)行裝夾。針對(duì)大直徑、馬鞍落差量大的管座，進(jìn)行了專用工裝夾具的開發(fā)（見圖15），擴(kuò)大了管座加工的尺寸范圍，并提高了工件的裝夾效率，避免了在加工“馬鞍形”曲面底部時(shí)機(jī)床主軸與夾具發(fā)生干涉。

圖7 固定輪廓銑設(shè)置

圖8 精加工刀路軌跡

圖9 精加工

圖10 粗加工程序中添加內(nèi)部檢查體

圖11 優(yōu)化后的粗加工刀路

圖12 優(yōu)化后的粗加工第一層刀路

圖13 正在加工中的管座

圖14 加工成型的管座

由此，我們開發(fā)出了一套管座“馬鞍形”曲面數(shù)控加工的工藝方案。通過數(shù)控加工手段的引入，管座在下料時(shí)長(zhǎng)度方向不用考慮工藝余量，可直接按照設(shè)計(jì)尺寸定長(zhǎng)下料。臥式車床上完成內(nèi)徑和倒角加工后，在數(shù)控機(jī)加設(shè)備上通過“馬鞍形”曲面的粗、精加工，即可完成整個(gè)管座的加工，縮短了工藝流程，且大大提高了加工質(zhì)量，并解決了大直徑、厚壁及難加工材料管座的加工難題。

圖15 大尺寸管座夾具示意圖

結(jié)語

該管座“馬鞍形”曲面的數(shù)控加工工藝，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于公司生產(chǎn)中。根據(jù)對(duì)實(shí)際加工情況的統(tǒng)計(jì)，經(jīng)過程序優(yōu)化后，其平均單件加工時(shí)間能夠縮短約40%，大大提升了加工效率，同時(shí)降低機(jī)床能耗約40%。管座尺寸越大、“馬鞍形”曲面落差量越大，其加工效率提升越明顯。