■臺州科技職業(yè)學院 （浙江臺州 318020） 揭 曉

■北京精雕集團黃巖分公司 （北京 318023） 張歡龍

運用數(shù)控機床加工配合件是目前國內(nèi)一般企業(yè)的主流方法，但由于存在定位誤差、刀具磨損以及溫度因素的影響，故很難做到量產(chǎn)，存在質(zhì)量不穩(wěn)定、次品多、浪費嚴重等問題。在比較了幾種國內(nèi)主流使用的幾款數(shù)控系統(tǒng)后，嘗試運用北京精雕系統(tǒng)來完成。精雕系統(tǒng)由于自身具備在線檢測、在線補償功能，又能結合自主的CAD/CAM軟件，因而可以提高零件的定位精度，并可以隨時通過測頭測量來補償。通過對零件定位試驗、加工過程中的溫度對刀具影響等，確定出準確合理的工藝參數(shù)，為量產(chǎn)奠定了基礎。

1. 測試件試制

（1）測試件模型分析 測試件如圖1所示，材料為H13模具鋼，淬火硬度52HRC。一套測試件分為凸件和凹件，尺寸均為76mm×76mm×40mm。

圖1 凸凹配合件零件

加工要求：①避卡位面、自由曲面、產(chǎn)品面的輪廓精度±2.5 μ m。②外形尺寸精度±3μm。③工件表面光亮一致、刀紋均勻無彈刀紋、無拉絲紋、無毛刺。④表面粗糙度值Ra≤0.15μm。

從模型中分析：曲面、輪廓的尺寸精度要求很高，為±2.5μm，同時對外形尺寸、表面粗糙度要求也非常高。

（2）加工工藝規(guī)劃 采用精雕SURFMILL軟件對工件編程，工藝規(guī)劃采用粗加工、在機檢測、二次開粗、平面磨、半精加工和精加工等工序，所用設備、刀具、測頭見表1。該工藝與普通加工不同，配合件加工在粗加工及半精加工等多道工序過程中，頻繁使用在機測量，目的是及時管控尺寸精度。

（3）工件安裝 由于精度要求高，對安裝質(zhì)量有很高要求，工件裝夾時用強磁吸盤，確保吸盤平面和工件底面平面度＜5μm，用千分表拉工件的直側(cè)壁＜2μm；使用測頭分中時開啟主軸準停功能，分別對外形和避卡位進行分中，取兩者中間值作為加工原點；凸件直接以基準面為Z向加工基準。工件Z向基準原點確定后，若來料表面剩0.05mm余量，工件坐標系的Z0點＝Z基準原點－（0.05mm＋0.01mm）。

（4）工件定位 定位時需要對外形進行測量，工件外形測量之前先對標準塊外形進行測量，通過標準塊外形在機測量和三坐標測量結果，找出每臺機床在機測量和三坐標測量的誤差值（見圖2），按照測量結果調(diào)整外形加工工藝，從而保證每臺機床加工出的工件外形尺寸一致為（76±0.003）mm。注意標準塊的安放高度應盡量同工件高一致，安裝流程如圖3所示。

圖2 工件定位安裝

2. 工藝把控

加工時必須在工藝實施過程中，對環(huán)境溫度、刀具跳動量進行把控。

（1）冷機預熱刀長與溫度關系 在機測量前保證主軸處于穩(wěn)定狀態(tài)，加工完成后，主軸冷卻25min后進行測量。

由于配合面精度要求極高，因此必須對刀具伸長量進行測量。加工過程中進行量化控制，當機床處于冷機狀態(tài)時，使用激光對刀儀，反復測量刀具刀長，測量間隔時間為30s，共測量1h，然后進行數(shù)據(jù)分析。在轉(zhuǎn)速7 000r/min時，刀長與溫度曲線的關系如圖4所示。

圖3 安裝流程

表1 凸、凹模加工工藝

從冷機狀態(tài)預熱20min，主軸熱伸長可控制在6μm以內(nèi)。預熱過程如圖5所示。

（2）加工前后刀長測試 試驗方式：每一步加工程序完成后從刀庫調(diào)出下一把加工刀具，加工前進行主軸熱伸長預熱，使用激光對刀儀反復測量刀具刀長，測量過程中沒有停頓時間，反復跑對刀程序，總測量時間為30min，測量完成后進行數(shù)據(jù)分析。測量30min后模擬加工程序跑路徑，跑2h后從刀庫換下一把刀具進行熱伸長檢測，時間為30min，刀長與溫度的關系如圖6所示。

加工過程中從刀庫換刀后直接加工主軸熱伸長量為3μm以內(nèi)，預熱4m i n后加工主軸熱伸長可穩(wěn)定在2μm以內(nèi)。預熱7min后加工主軸熱伸長可穩(wěn)定在1μm以內(nèi)。方式：路徑程序加工完成后，從刀庫調(diào)出測頭直接測量工件上表面余量，中間試驗不停，反復測量大概50min，開始分析測量后的余量數(shù)據(jù)，具體如圖7所示。

在機測量前主軸熱伸長處于穩(wěn)定狀態(tài)，主軸冷卻25min以后開始逐漸穩(wěn)定，變化量為2μm，冷卻后，刀具長度與溫度的關系如圖8所示。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，得出以下結論。

1）恒溫車間溫度變化不超過±1.5℃/24h。

2）使用MPM振動儀測試主軸轉(zhuǎn)速，避開機床主軸轉(zhuǎn)速共振點；分型面與產(chǎn)品面精加工，轉(zhuǎn)速控制在11 000r/min左右。

3）半精加工時刀具刀跳4μm以內(nèi)，精加工時刀具刀跳嚴格管控在2μm以內(nèi)。

圖4 冷機時刀長與溫度的關系曲線（1h內(nèi)）

圖5 冷機預熱30min后刀長關系

圖6 A、B、C、D4把刀跑30min的刀長與溫度的關系曲線

圖7 工件表面余量冷卻時間的關系曲線

圖8 冷卻過程中刀長與冷卻時間的關系曲線

3. 加工工序安排

調(diào)整下一道加工工序順序與上一道加工工序的順序相反，即產(chǎn)品面與自由曲面進出刀方向相反，上一道加工路徑從外往里，下一道加工路徑從里往外，這樣可有效解決精加工時因刀具磨損帶來的余量不均勻問題，如圖9所示。

最終加工零件如圖10所示。

圖9 加工示意

圖10 零件及配合

4. 結語

通過選擇合適的具備在線檢測功能的數(shù)控設備，采取合理的加工工藝方案，隨時監(jiān)控溫度等因素對刀具長度的影響，使溫度對刀長的影響降到最低限度，最終使零件的配合做到完美。使用北京精雕數(shù)控系統(tǒng)，控制相關的工藝參數(shù)可以實現(xiàn)精密配合件的量產(chǎn)，成為首次用國產(chǎn)機床系統(tǒng)完成精密配合件的成功案例，值得推廣應用。