王繼均　康志文　劉衛(wèi)武

(中航工業(yè)成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司結(jié)構(gòu)件廠，四川 成都 610092)

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基于DMC125U機(jī)床的方箱工裝多件柔性加工技術(shù)

王繼均康志文劉衛(wèi)武

(中航工業(yè)成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司結(jié)構(gòu)件廠，四川 成都 610092)

介紹了就拓展DMC125U立臥轉(zhuǎn)換式機(jī)床的使用范圍和加工效能的一種方法。該方法通過(guò)一種通用工裝——方箱,采用方箱進(jìn)行臥式四面多件柔性加工。該加工方法研究解決了裝夾、程序循環(huán)調(diào)用、帶機(jī)床參數(shù)仿真、加工過(guò)程刀具監(jiān)測(cè)等方面技術(shù)問(wèn)題，將DMC125U機(jī)床的自動(dòng)裝卸、自動(dòng)找正、自動(dòng)檢測(cè)等功能有效地聯(lián)系在一起，最大限度拓展DMC125U機(jī)床的加工能力。該加工方法適用于批量生產(chǎn)，能縮短工件的加工準(zhǔn)備時(shí)間、機(jī)床停機(jī)等待時(shí)間，成倍提高機(jī)床的加工效率，能一次裝夾8個(gè)工件，實(shí)現(xiàn)無(wú)人工干預(yù)循環(huán)加工。

方箱；循環(huán)加工；宏程序；加工效率

DMC125U機(jī)床是一臺(tái)動(dòng)柱式立臥轉(zhuǎn)換加工中心，立柱帶動(dòng)主軸頭完成X軸、Z軸以及A軸擺角運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)完成Y軸和C軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。DMC125U配有2個(gè)自動(dòng)交換工作臺(tái)，工作臺(tái)上帶有固定的安裝工位，保證托盤(pán)位置的定位精度。雙工作臺(tái)可以在一個(gè)工作臺(tái)加工工件的同時(shí)對(duì)裝卸位置的工作臺(tái)進(jìn)行工件的裝卸，雙工作臺(tái)設(shè)置可以縮短輔助時(shí)間，提高加工效率[1]。機(jī)床控制系統(tǒng)為SIEMENS 840D，五軸聯(lián)動(dòng)支持RPCP方式，由程序TRAORI指令打開(kāi)。

該機(jī)床集成了立式加工機(jī)床的通用性強(qiáng)、使用方便與臥式加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛性好、易排屑的優(yōu)點(diǎn)，是一種有利于實(shí)現(xiàn)多面加工和加工自動(dòng)化的高端數(shù)控加工設(shè)備。由于該機(jī)床在立式狀態(tài)下主軸只能過(guò)工作臺(tái)中心100 mm，致使機(jī)床加工范圍受到很大局限，很多工件由于機(jī)床結(jié)構(gòu)原因，在立式狀態(tài)下加工過(guò)程易超程或者無(wú)法加工。若僅使用機(jī)床的立式加工方式，則完全沒(méi)有發(fā)揮其臥式加工的優(yōu)點(diǎn)。

本文介紹了一種在DMC125U機(jī)床上使用的四面多件柔性加工技術(shù)，該技術(shù)能將機(jī)床的自動(dòng)裝卸、自動(dòng)找正、自動(dòng)檢測(cè)等功能有效地聯(lián)系在一起，并通過(guò)通用四面方箱實(shí)現(xiàn)機(jī)床的數(shù)控加工過(guò)程無(wú)人工干預(yù)，能進(jìn)一步提高加機(jī)床的加工效率，并使得機(jī)床在臥式狀態(tài)下能加工更多的工件，最大限度地拓展DMG機(jī)床的加工能力。

1　方箱工裝特點(diǎn)及存在問(wèn)題

1.1方箱工裝的特點(diǎn)

DMC125U機(jī)床的C軸旋轉(zhuǎn)功能是機(jī)床效率提升的關(guān)鍵功能，對(duì)其合理利用可實(shí)現(xiàn)單工作臺(tái)多工位加工功能。機(jī)床立式狀態(tài)下以往使用多為利用工作臺(tái)的一半進(jìn)行加工，為了適應(yīng)生產(chǎn)需要，后研究出了利用C軸旋轉(zhuǎn)功能將工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)180°，將工作臺(tái)利用率相對(duì)較少的另一半作為機(jī)床的第二工位加工工件。

基于經(jīng)驗(yàn)，同樣利用機(jī)床C軸旋轉(zhuǎn)功能，配以通用方箱(如圖1)，在方箱的每一面上都可以根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)安裝相應(yīng)數(shù)量的工件。其結(jié)果就是間接擴(kuò)展了機(jī)床的工作臺(tái)數(shù)量，提高機(jī)床的加工能力。利用DMC125U機(jī)床雙工作臺(tái)交換式加工功能，將工件的準(zhǔn)備時(shí)間外移實(shí)現(xiàn)加工和準(zhǔn)備并行操作，能大幅縮短機(jī)床上的準(zhǔn)備時(shí)間，使機(jī)床在很短時(shí)間就能夠更換工件，確保機(jī)床停機(jī)時(shí)間最短，利用率得到較大提升。

1.2方箱工裝存在的問(wèn)題

(1)裝夾找正

方箱在理論上應(yīng)該是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的正方體工裝，由于在實(shí)際生產(chǎn)制造中的各種原因，導(dǎo)致工裝不可能與理論一致，存在一定角度變形。方箱在機(jī)床上的裝夾也存在誤差，方箱與機(jī)床坐標(biāo)軸的平行度存在誤差。

(2)循環(huán)加工原點(diǎn)找正及程序調(diào)用

機(jī)床加配方箱是一種多工位的加工方法，這種方法不同于多工件成組加工方法，成組加工的工件只有一個(gè)工件原點(diǎn)，不同工件之間的關(guān)系由程序保證。多工位加工的工件是相對(duì)獨(dú)立的，各個(gè)工件之間沒(méi)有聯(lián)系，需要設(shè)定多個(gè)工件工點(diǎn)，這對(duì)于加工前的準(zhǔn)備工作是個(gè)考驗(yàn)。由于加工程序是單個(gè)工件程序，加工中需要循環(huán)調(diào)用同一個(gè)程序加工處在多個(gè)零點(diǎn)位置的工件，程序怎樣循環(huán)調(diào)用是個(gè)問(wèn)題。

(3)加工碰撞問(wèn)題

DMG機(jī)床是一臺(tái)A/C軸立臥轉(zhuǎn)換加工中心，A軸的0°位置為立式狀態(tài)，該機(jī)床要進(jìn)行臥式加工，A軸必須為-90°。這樣的話以往的程序固定帶頭有擺角回零指令，這對(duì)于臥式加工是相當(dāng)危險(xiǎn)的，會(huì)出現(xiàn)機(jī)床與工裝碰撞的事故。

另外一點(diǎn)，由于DMC125U機(jī)床主軸機(jī)構(gòu)龐大，在臥式加工狀態(tài)容下主軸容易與工裝發(fā)生碰撞。如圖2所示，主軸旁(X正向位置)有一塊機(jī)構(gòu)，當(dāng)加工有閉角的工件時(shí)C軸在旋轉(zhuǎn)時(shí)與該機(jī)構(gòu)可能發(fā)生干涉，有撞機(jī)可能發(fā)生。機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖3。

(4)刀具原因?qū)е鲁膳|(zhì)量問(wèn)題

采用方箱上多件裝夾加工，在多件加工過(guò)程中沒(méi)有停機(jī)情況，因此在加工過(guò)程中如果刀具有意外情況發(fā)生(磨損、崩齒、掉刀)，操作者不易發(fā)現(xiàn)，這樣就會(huì)造成后續(xù)的工件全部超差報(bào)廢，風(fēng)險(xiǎn)極大。

2　加工解決方案

2.1裝夾找正

為減小工裝制造與安裝誤差，對(duì)方箱底座的制作作了一些規(guī)定,方箱底座長(zhǎng)方向上制作兩個(gè)直徑為φ18H8 mm的孔，此孔用以配合機(jī)床工作臺(tái)T型槽使工裝安裝在工作臺(tái)Y方向的正中。機(jī)床工作臺(tái)面帶有兩個(gè)精密定位孔，此孔可以固定工裝在X方向的位置，基于此特點(diǎn)，在方箱上相應(yīng)位置制作一個(gè)與機(jī)床定位孔相配合的孔，最后以銷(xiāo)子固定。這樣，工裝在機(jī)床上的位置就固定死了，雖然用高的制造安裝精度可以消除一部分工裝的安裝誤差，但為了達(dá)到更高工件制造精度，在找正過(guò)程中使用了機(jī)床C軸偏擺功能，用機(jī)床探頭測(cè)量功能對(duì)方箱各個(gè)工件裝夾面進(jìn)行了角度修正，保證工件加工時(shí)的基準(zhǔn)面與機(jī)床軸的平行度。

2.2循環(huán)加工、原點(diǎn)找正、程序調(diào)用

機(jī)床加配方箱是一種多工位的加工方法，多工位加工就涉及多個(gè)加工原點(diǎn)，DMG125U機(jī)床系統(tǒng)配有探頭，可實(shí)現(xiàn)原點(diǎn)自動(dòng)修正功能。在工藝、程序完善的前提下，將探頭自動(dòng)修正程序融合到加工程序中，工藝將工件加工所需要的程序、刀具、原點(diǎn)坐標(biāo)、工作臺(tái)編號(hào)等子程序全納入到主程序中，操作者只需要使用宏程序指令調(diào)用主程序加工，不需要再去管理其他的如子程序。該方法可以最大限度使用機(jī)床的探頭自動(dòng)測(cè)量、刀具管理及檢測(cè)、工作臺(tái)自動(dòng)交換等功能，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)工件連續(xù)、自動(dòng)加工，實(shí)現(xiàn)機(jī)床無(wú)人值守。

程序自動(dòng)循環(huán)方式如圖4。

;探頭測(cè)量子程序

CYCLE800(1,"TC1",0,57,0,0,0,-90,0,0,0,0,0,-1);旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系

G507;激活原點(diǎn)坐標(biāo)

R70=7 ;確認(rèn)原點(diǎn)坐標(biāo)

R71=10;孔徑尺寸

M27 ;激活探頭

G0 X0 Y0 Z200 A-90C0 ;按工件孔的位置更改

G01 Z-7 F3000 ;探頭移動(dòng)到測(cè)量位置的深度

_MVAR=101 _SETVAL=R71 _PRNUM=1 _KNUM=R70 _FA=10 _TSA=10 _VMS=0 _NMSP=1

;被測(cè)孔的測(cè)量參數(shù)

CYCLE977 ;探頭的孔測(cè)量子程序

G1 Z20 F2000 ;探頭回退的移動(dòng)位置，可更改

X50;探頭移動(dòng)位置，可更改

_MVAR=100 _SETVAL=0 _PRNUM=1 _MA=3 _KNUM=R70 _FA=20 _TSA=20 _VMS=0 _NMSP=1 _EVNUM=0

;被測(cè)面的參數(shù)

CYCLE978 ;探頭的面測(cè)量子程序

G00 Z200;探頭回退的移動(dòng)位置

CYCLE800;取消坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)

R10=MYMP_UIFR[R70,X,TR];存X坐標(biāo)到R10

R11=MYMP_UIFR[R70,Y,TR];存Y坐標(biāo)到R11

R12=MYMP_UIFR[R70,Z,TR];存Z坐標(biāo)到R12

M02

;探頭測(cè)量數(shù)據(jù)賦值

R70=13

MYMP_UIFR[R70,X,TR]=R10

MYMP_UIFR[R70,Y,TR]=R11

MYMP_UIFR[R70,Z,TR]=R12

MYMP_UIFR[R70,C,TR]=0

M30

;原點(diǎn)坐標(biāo)賦值

R70=5

MYMP_UIFR[R70,X,TR]=MYMP_UIFR[13,X,TR]

MYMP_UIFR[R70,Y,TR]=MYMP_UIFR[13,Y,TR]

MYMP_UIFR[R70,Z,TR]=MYMP_UIFR[13,Z,TR]

MYMP_UIFR[R70,C,TR]=MYMP_UIFR[13,C,TR]

M30

2.3防止機(jī)床加工干涉與碰撞

在用方箱工裝加工工件時(shí)，主要有三種撞機(jī)可能:一是加工不同工位工件之間的程序切換；二是單個(gè)程序加工中的碰撞；三是長(zhǎng)形工件在長(zhǎng)方向上帶有角度的工件。

解決辦法：

(1)對(duì)臥式加工工件的程序帶頭做了特別規(guī)定，程序最開(kāi)頭加入了機(jī)床特殊指令，讓主軸在程序開(kāi)始前就回到安全位置，然后激活原點(diǎn)讓工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)至加工工位。具體程序帶頭見(jiàn)圖5。

(2)對(duì)程序編制做了特殊規(guī)定，即程序中嚴(yán)禁帶有A軸回零指令，程序切削工件的初始下刀位置必須是A軸-90°，程序校對(duì)要做帶機(jī)床幾何參數(shù)的全要素計(jì)算機(jī)仿真，并仔細(xì)核查仿真過(guò)程。

(3)工件在X方向上有角度時(shí)，需要C軸轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)加工零件有角度區(qū)域。因?yàn)闄C(jī)床機(jī)構(gòu)的原因，機(jī)床在臥式加工時(shí)，由于主軸頭的機(jī)構(gòu)龐大，C軸在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)主軸機(jī)構(gòu)可能與工件和工裝發(fā)生干涉。因此在加工X向帶角度的工件時(shí)有特別要求，長(zhǎng)形工件在長(zhǎng)方向上帶有角度的工件大致分為兩種：一種是端頭外形閉角，一種是端頭外形開(kāi)角。

端頭外形為閉角時(shí)，這種工件在加工中不會(huì)與機(jī)床主軸發(fā)生干涉，因此這種工件比較適合在方箱上加工，對(duì)此無(wú)特別要求，如圖6所示。

端頭外形為開(kāi)角時(shí)，當(dāng)角度過(guò)大時(shí)方箱極易與主軸機(jī)構(gòu)發(fā)生碰撞，如圖7所示，此類(lèi)工件是不適合在方箱上加工的。因此在選擇工件時(shí)應(yīng)避免選擇該種工件在方箱上加工，或者將工件裝夾方向旋轉(zhuǎn)90°，使工件角度區(qū)在A軸方向加工，避免C軸在加工過(guò)程中轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)大。

2.4防止刀具意外產(chǎn)生質(zhì)量問(wèn)題

DMG125U機(jī)床配有刀具測(cè)量?jī)x，可對(duì)刀具進(jìn)行測(cè)量和檢測(cè)，對(duì)于刀具在加工中可能出現(xiàn)的磨損、崩齒、掉刀現(xiàn)象，可通過(guò)將刀具檢測(cè)程序嵌入到工件加工程序中，用以加工過(guò)程中對(duì)刀具的使用情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

刀具檢測(cè)程序示例如圖8。

3　加工技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

3.1工件13495的工藝方案

工件13495的結(jié)構(gòu)和工藝數(shù)目如圖9。該工件是一個(gè)單面框接頭，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，僅在外形上有一面角度為負(fù)向的理論外形面，完全符合方箱上加工條件。加工中要實(shí)現(xiàn)一次裝夾加工工件全部部位這一要求，那么在加工工件的理論面時(shí)勢(shì)必要銑傷工裝面，這是不允許的。解決辦法是在工件下增加一塊工藝墊板，并且工藝墊板用統(tǒng)一的定位壓緊孔系，保證其互換性。

3.2工件13495的試制

該工件的試制過(guò)程進(jìn)行了2次，一次是按保守的加工參數(shù)加工。給出S=9 000 r/min，F(xiàn)=4 000 mm/min,ap=3 mm，每件加工時(shí)間大概為60 min；另一次按比較高的加工參數(shù)加工。給出S=14 000 r/min,F=7 000 mm/min，ap=2 mm，每件加工時(shí)間大概為45～50 min。最后比較加工效果后選取了加工效率較高的高參數(shù)程序作為定型程序。實(shí)際加工如圖10所示。

3.3工件13495的加工程序

3.4工件13495的加工結(jié)果

該工件原單件加工，每件需要90 min的加工時(shí)間(不含準(zhǔn)備時(shí)間)；現(xiàn)改在方箱上批量加工，每件需要45 min，可以節(jié)約近一半的時(shí)間。改進(jìn)前、后工件數(shù)控加工時(shí)間對(duì)比見(jiàn)表1。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，方箱四面多件加工技術(shù)用于工件單件生產(chǎn)或生產(chǎn)批量較小時(shí)比單件生產(chǎn)花費(fèi)時(shí)間要多；但用于批量大的生產(chǎn)時(shí)可以節(jié)約加工時(shí)間，這個(gè)節(jié)約的加工時(shí)間隨著生產(chǎn)數(shù)量的加大而擴(kuò)大。具體加工時(shí)間數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表2。

表1　零改進(jìn)前、后數(shù)控加工時(shí)間對(duì)比數(shù)據(jù)表　min

4　結(jié)語(yǔ)

DMC125U加工中心由于工序的集中和自動(dòng)換刀，

表2　單件與多件加工時(shí)間對(duì)比表　min

減少了工件的裝夾、測(cè)量和機(jī)床調(diào)整等時(shí)間，使機(jī)床的切削時(shí)間達(dá)到機(jī)床開(kāi)動(dòng)時(shí)間的80%左右(普通機(jī)床僅為15%～20%)；同時(shí)也減少了工序之間的工件周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)和存放時(shí)間，縮短了生產(chǎn)周期，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效果。該加工方法能將DMC125U機(jī)床的自動(dòng)裝卸、自動(dòng)找正、自動(dòng)檢測(cè)等功能有效地聯(lián)系在一起并通過(guò)一通用工裝實(shí)現(xiàn)機(jī)床的數(shù)控加工過(guò)程無(wú)人工干預(yù)。該加工方法適用于大批量生產(chǎn)，能縮短工件的加工準(zhǔn)備時(shí)間、成倍提高機(jī)床的加工效率。

[1]張光學(xué). 淺談臥式加工中心的應(yīng)用[J].硅谷，2010(24):124.

[2]原華，沈健.多主軸臥式加工中心實(shí)現(xiàn)高效加工[J]. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2012(8):96-98.

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Quad-faces multiple parts flexible machining technology based on DMC125U machine

WANG Jijun, KANG Zhiwen, LIU Weiwu

(Chengdu Aircraft Industrial (Group) Co., Ltd., Chengdu 610092, CHN)

Introduces a method to expand utilization range and machine efficiency of DMC125U stand-horizontal type machine. This method is achieved by quad-faces multiple parts flexible machining by using a common tooling-square box. This machining method resolves technical problems like clamping, program repeated utilization, machine parameter simulation and tool monitoring during machining, etc. and it incorporates functions of DMC125U like auto inst & removal, auto correction and auto inspection, etc., so that the maximum expansion of machining capability of DMC125U machine is achieved. This method is applicable to piece parts batch production, which can shorten the machining preparation time and machine stop waiting time, and increase machining efficiency by times. Each clamping covers 8 piece parts, so cycle machining without human interference is achieved.

square box; cycle machining; macroprogram; machining efficiency

TH162

A

王繼均，男，1981年生，工程師，數(shù)控主管工藝師，研究方向數(shù)控加工工藝。

(編輯孫德茂)(2015-09-15)

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