曹永輝
(寶雞機床集團有限公司,陜西寶雞,721013)
本文介紹的數(shù)控立式車銑中心是一款帶BBT40車主軸和BT40銑主軸的高效立式車銑中心,機床具有X、Z兩個直線軸和C一個旋轉(zhuǎn)軸的三軸聯(lián)動功能,不帶Y軸,配西門子828D數(shù)控系統(tǒng),車、銑模式無縫集成,車、銑主軸直驅(qū)結(jié)構(gòu),三軸全閉環(huán)控制,配合32工位鏈?zhǔn)降稁旒?1寸中實液壓三爪卡盤,可用于盤套類零件的精密、高效車銑復(fù)合加工。
針對一些復(fù)雜精密盤類零件既有車工序又有銑工序的加工,早期的加工工藝為采用普通數(shù)控車床加工車工序,再采用立式加工中心配合專用夾具二次裝夾定位加工銑工序,這種加工工藝只能解決一些簡單零件的加工,而且非常消耗人力和時間,更不能保證現(xiàn)有航空、航天等高精密零件的加工精度要求,因此為了保證此類零件的加工精度和提高零件的加工效率,一般采用數(shù)控車銑中心完成零件一次性裝夾來實現(xiàn)零件的車、銑加工工序。
在使用數(shù)控立式車銑中心加工零件時,為了保證車、銑零件的加工精度,首先我們要檢驗機床的車主軸和銑主軸零點,即機床零點標(biāo)定,機床零點標(biāo)定方法為:
首先檢查X軸與C軸回轉(zhuǎn)中心沿Y方向高度差:
a.用卡盤裝夾試件;
b車刀座裝夾鏜刀,旋轉(zhuǎn)主軸,在試件中心鏜孔φA;
c.沿X軸移動距離R,用銑主軸鏜孔φB;
d.用三坐標(biāo)測量φB與φA孔中心距離L;
e.計算X軸與C軸回轉(zhuǎn)中心沿Y方向高度差H。
然后測配X軸與C軸回轉(zhuǎn)中心沿Y方向高度:
a.測量所有銑主軸箱滑塊配磨墊厚度值;
b.根據(jù)X軸與C軸回轉(zhuǎn)中心沿Y方向高度差H配磨配磨墊厚度至要求;
c.安裝配磨墊驗證X軸與C軸回轉(zhuǎn)中心沿Y方向高度差H。
d.對機床零點重新設(shè)定數(shù)控車銑中心中心C軸,利用銑刀旋轉(zhuǎn)和工件旋轉(zhuǎn)的合成運動來實現(xiàn)對工件的切削加工。
立式車銑中心在不帶Y軸功能的情況下完成車削加工后,如何完成零件的銑削圓孔加工呢?
通常立式車銑中心完成零件的車加工后,再進行銑削圓孔加工工序,在銑削加工與主軸同心的圓孔時,只需要選擇刀具尺寸與孔尺寸大小一致的刀具,刀具移動至主軸中心,刀具旋轉(zhuǎn)即可完成加工;若要銑削與主軸中心偏心圓孔,一般需采用在同一個平面內(nèi)的兩個直線軸插補銑圓,即采用機床的X和Y軸兩個直線軸來實現(xiàn)插補銑圓,因該立式車銑中心無Y軸,只能采用X軸與C軸(即一個直線軸和一個旋轉(zhuǎn)軸)插補銑圓。
首先采用X軸與C軸G01直線插補銑圓的方式加工,數(shù)控立式車銑中心三爪卡盤夾持工件,找正□任意一邊與X軸平行,設(shè)置C軸零點,通過C軸旋轉(zhuǎn),用銑削的方式完成圓的加工,銑削加工的運動方式為X軸朝工件方向進給,C軸完成0°~180°旋轉(zhuǎn),X軸朝工件相反方向進給,C軸完成180°~360°旋轉(zhuǎn)。
零件加工完后采用三坐標(biāo)檢測工件,發(fā)現(xiàn)采用X軸與C軸G01直線插補銑圓的方式加工的偏心圓孔圓度為0.1左右,不能滿足圖紙要求。分析原因為,采用G01直線插補銑圓相當(dāng)于無數(shù)小線段拼接的圓,無數(shù)控系統(tǒng)處理,內(nèi)圓表面有凹凸點,導(dǎo)致加工內(nèi)圓圓度不良。
結(jié)合采用X軸與C軸G01直線插補銑圓的方式加工偏心圓孔精度不良問題,現(xiàn)采用X軸與C軸G02/G03圓弧插補銑圓加工工藝優(yōu)化:
一般使用G02/G03圓弧插補功能,需采用在同一個平面內(nèi)的兩個直線軸插補,即采用機床的X和Y軸兩個直線軸來實現(xiàn)直線插補銑圓,因該立式車銑中心無Y軸,只能采用X軸與C軸(即不在同一個平面內(nèi)的一個直線軸和一個旋轉(zhuǎn)軸)插補銑圓,因此需要采用西門子數(shù)控系統(tǒng)TRANSMIT運動轉(zhuǎn)換功能(見圖1)。
圖1 通過TRANSMIT銑削車削工件的端面
西門子TRANSMIT運動轉(zhuǎn)換功能是數(shù)控系統(tǒng)將編程的進給指令從笛卡爾坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到實際坐標(biāo)系,這里的Y軸是西門子數(shù)控系統(tǒng)利用TRANSMIT運動轉(zhuǎn)換功能生成的虛擬軸,在數(shù)控車銑中心加工偏心圓編程時只需用X軸與虛擬Y軸編寫G03圓弧插補程序即可。
現(xiàn)已有數(shù)控立式車銑中心采用西門子數(shù)控系統(tǒng)TRANSMIT運動轉(zhuǎn)換功能,數(shù)控編程G03程序,圓弧插補銑削加工某零件φ508分度圓上φ9.525圓孔為例:
通過優(yōu)化機床系統(tǒng)參數(shù),調(diào)整切削參數(shù)及程序路徑,多次加工驗證銑孔圓度,對比切削參數(shù)及銑孔圓度的實測精度,由最初的X軸與C軸直線插補G01方式,調(diào)整為X軸與C軸圓弧插補G03方式,總結(jié)出在立式車銑中心兩軸機床采用X軸與C軸圓弧插補G03方式銑圓,通過三坐標(biāo)檢測發(fā)現(xiàn)該方法銑孔圓度可以達到0.01以內(nèi),達到預(yù)期效果及零件圖紙要求。
數(shù)控立式車銑中心兩軸圓弧插補銑圓的加工工藝應(yīng)用,在不增加機床Y軸的情況下,不但解決了復(fù)雜零件一次裝夾完成車加工及銑加工的問題,而且驗證了不帶Y軸的西門子數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控機床采用X軸與C軸圓弧插補G03方式可實現(xiàn)兩軸圓弧插補銑圓的零件加工,為今后復(fù)雜典型零件車、銑加工的推廣和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。