封靜敏

西安汽車職業(yè)大學(xué) 陜西省西安市 710038

1 引言

隨著各大基礎(chǔ)學(xué)科的不斷發(fā)展，高速化、高精度化、高可靠性、復(fù)合化、智能化、柔性化、集成化成為數(shù)控機(jī)床工業(yè)的主要發(fā)展方向。傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床對(duì)于軸類或平面類的零件可進(jìn)行單一的加工，例如數(shù)控車床加工軸類零件，數(shù)控銑床加工平面類零件，對(duì)于加工精度較差的機(jī)床，部分粗加工和精加工工藝也需要選擇不同的機(jī)床。為了提高加工效率，復(fù)合型機(jī)床的發(fā)展地位愈加顯得舉足輕重。車銑復(fù)合不僅能夠完成棒料的外圓柱表面和端面的車削加工，同時(shí)在后置刀架的位置上安裝有動(dòng)力頭，動(dòng)力頭的增加使得車銑復(fù)合機(jī)床引入Y 軸，一次裝夾可以完成圓周表面的銑削加工、鉆孔、攻絲機(jī)斜面的加工等工序。車銑復(fù)合加工技術(shù)具有較高的生產(chǎn)效率，零件一次裝夾以后，實(shí)現(xiàn)各種不同的工藝，其中包括鉆孔、車削、銑削等等，免去了很多復(fù)雜的環(huán)節(jié)和步驟，不僅能夠節(jié)約很多工作的時(shí)間而且可以減少在生產(chǎn)過程中的誤差，有效的提高了生產(chǎn)的精度。

寶雞機(jī)床生產(chǎn)的CK36F/CK46F 數(shù)控車銑復(fù)合機(jī)床，是由八工位液壓刀塔和3+2/3+3/4+4 伺服動(dòng)力頭組成，并帶有Y 軸、軸向和徑向的伺服動(dòng)力頭均可在加工過程中完成銑，打孔，攻絲。同時(shí)可以與主軸進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在工件表面加工異形，使其加工工件在一次裝夾的情況下完成車、銑、打孔和攻絲的所有步驟，并保證工件圖紙要求的位置精度，進(jìn)一步解決二次裝夾帶來的裝夾誤差。與之前工藝相比可提高生產(chǎn)效率大約30% 以上。

CK36F 是根據(jù)市場(chǎng)需求開發(fā)的一款高效的CNC 車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床。該機(jī)床主軸通孔直徑是Φ56mm，最大加工直徑Φ200mm，最大加工長(zhǎng)度是100mm，可同時(shí)配置八工位液壓刀塔和帶有Y 軸的伺服動(dòng)力單元模塊，可實(shí)現(xiàn)車、銑、鉆、攻絲等復(fù)合加工，具有加工效率高，穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。機(jī)床整體布局緊湊合理，便于保養(yǎng)和維修，符合人機(jī)工程學(xué)，便于操作。具有極高的性價(jià)比，是小型復(fù)雜零件加工設(shè)備中最好的選擇。CK36F 機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)配置6" 中空液壓回轉(zhuǎn)油缸、后拉式液壓筒夾及8 工位液壓刀塔，帶Y 軸伺服動(dòng)力頭（軸2徑3）的車銑復(fù)合機(jī)床，可實(shí)現(xiàn)車、鉆、攻、銑等復(fù)合加工。

2 車銑復(fù)合性能參數(shù)

2.1 數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床

數(shù)控機(jī)床的工作原理：根據(jù)加工工藝要求編寫加工程序（以下簡(jiǎn)稱程序）并輸入CNC，CNC 按加工程序向伺服（或步進(jìn)）電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元發(fā)出運(yùn)動(dòng)控制指令，伺服（或步進(jìn)）電機(jī)通過機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)完成機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；程序中的主軸起停、刀具選擇、冷卻、潤(rùn)滑等邏輯控制指令由CNC 傳送給機(jī)床電氣控制系統(tǒng)，由機(jī)床電氣控制系統(tǒng)完成按鈕、開關(guān)、指示燈、繼電器、接觸器等輸入輸出器件的控制。目前，機(jī)床電氣控制通常采用可編程邏輯控制器（Programable Logic Controler 簡(jiǎn)稱PLC），PLC 具有體積小、應(yīng)用方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。由此可見，運(yùn)動(dòng)控制和邏輯控制是數(shù)控機(jī)床的主要控制任務(wù)。

編程就是把零件的外形尺寸、加工工藝過程、工藝參數(shù)、刀具參數(shù)等信息，按照CNC 專用的編程代碼編寫加工程序的過程。數(shù)控加工就是CNC 按加工程序的要求，控制機(jī)床完成零件加工的過程。數(shù)控加工的工藝流程如圖1 所示。

圖1 數(shù)控加工的工藝流程

2.2 機(jī)床參數(shù)

寶雞機(jī)床廠的車銑復(fù)合CK36F/CK46F 其最明顯的特征是具有可獨(dú)立工作的雙方向的共5～8 個(gè)伺服動(dòng)力刀。這些動(dòng)力刀可在液壓刀塔進(jìn)行完回轉(zhuǎn)加工后，對(duì)工件的外圓端面進(jìn)行銑削、打孔、攻絲作業(yè)。主軸可以360°定位旋轉(zhuǎn)，所以伺服動(dòng)力頭可以與主軸聯(lián)動(dòng)進(jìn)行曲槽的加工，使其工件在一次裝夾的情況下完成車、銑、鉆孔、攻絲等所有工序。

車銑復(fù)合機(jī)床控制系統(tǒng)采用廣數(shù)GSK988TA1-H 系統(tǒng)，該系列車床數(shù)控系統(tǒng)是針對(duì)斜床身數(shù)控車床和車削中心而開發(fā)的CNC 新產(chǎn)品。該系統(tǒng)可控制6 個(gè)進(jìn)給軸（含Cs 軸）、3 個(gè)主軸，通過GSKLink 總線與伺服驅(qū)動(dòng)和I/O 單元連接，配套的伺服電機(jī)采用高分辨率絕對(duì)式編碼器，實(shí)現(xiàn)0.1μm 級(jí)位置精度，可滿足高精度車銑復(fù)合加工的要求。GSK988TA1-H 系統(tǒng)具備網(wǎng)絡(luò)接口，支持遠(yuǎn)程監(jiān)視和文件傳輸，可滿足網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)和車間管理的要求，能夠精準(zhǔn)控制斜床身數(shù)控車床和車削中心數(shù)值計(jì)算及加工。

圖2 GSK988TA 外觀

2.3 車銑復(fù)合機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)

寶雞機(jī)床廠設(shè)計(jì)制造的車銑復(fù)合CK36F 的機(jī)械結(jié)構(gòu)外形如圖3 所示，機(jī)床的主要性能參數(shù)見表1。

圖3 CK36F 車銑復(fù)合機(jī)床外形

表1 車銑復(fù)合的主要性能參數(shù)

3 CK36F 車銑復(fù)合上典型零件的加工

3.1 普通數(shù)控車床的加工工藝

如圖4 所示，此工件由外圓、倒角、內(nèi)孔、外六方、螺紋底孔、內(nèi)螺紋以及端面槽和槽內(nèi)孔組成。一般采用的是三爪自定心卡盤，一次裝夾后可完成零件的外圓、端面、倒角、內(nèi)孔的加工后切段；上工裝，用加工中心銑外六方、端面槽和槽內(nèi)孔；再一次上工裝用四軸加工中心加工外六方上的絲孔與倒角。此時(shí)，端面槽與外六方的位置精度要求用工裝很難保證。

圖4 典型零件成品

3.2 車銑復(fù)合CK36F 上的加工工藝

針對(duì)CK36F 車銑復(fù)合機(jī)床單刀塔帶5個(gè)動(dòng)力刀的加工特點(diǎn)，在加工特殊零件的過程中綜合使用了動(dòng)力刀和臥式液壓刀塔，并完成軸向和徑向動(dòng)力刀的轉(zhuǎn)換使用。同時(shí)通過車銑復(fù)合機(jī)床特殊的M 代碼設(shè)定使主軸實(shí)現(xiàn)位置控制和速度控制兩種加工方式。在編程時(shí)，可通過M 代碼和G 代碼指令設(shè)定主軸分度，一次完成銑、鉆孔、攻絲等全部過程，提高加工效率，降低重復(fù)裝夾誤差，提高工件的形狀和位置精度。

車銑復(fù)合八工位刀架為臥式液壓刀架，軸向和徑向動(dòng)力刀采用獨(dú)立伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，第一主軸在速度控制方式下，臥式液壓刀架主要完成外圓柱表面，倒角，內(nèi)孔等加工。第一主軸在位置控制方式下，徑向動(dòng)力刀完成銑外六方，螺紋底孔和內(nèi)螺紋的加工；軸向動(dòng)力刀完成端面槽和槽內(nèi)孔的加工。在車銑復(fù)合機(jī)床上，可以一次裝夾實(shí)現(xiàn)軸向內(nèi)外圓柱表面的加工、徑向銑削加工以及端面槽和槽內(nèi)孔的加工。這樣減少了工件的搬運(yùn)與重復(fù)裝夾的問題。具體加工工序見表2。

表2 車銑復(fù)合機(jī)床加工工序表

CK36F 車銑復(fù)合機(jī)床裝刀容量為8+5（伺服動(dòng)力頭），刀塔上可以安裝4 把刀方為20x20 的車刀及3 把φ25 的鏜刀或鉆頭和1 把用于加工端面環(huán)槽的刀具。對(duì)于不同工件的加工選擇的不同類型的型號(hào)。編程時(shí)可靈活規(guī)劃工藝路線，減少加工過程中的重復(fù)裝夾與換刀時(shí)間，從而提高加工效率，延長(zhǎng)刀具壽命。

在零件加工過程中，啟用12# 動(dòng)力刀打螺紋底孔加倒角時(shí)，可采用不同的刀補(bǔ)號(hào)，例如T0812 和T0816，因打孔的X 向尺寸一定，倒角時(shí)可根據(jù)不同角的大小，改變T0816 的刀補(bǔ)，從而改變螺紋底孔的尺寸。

4 結(jié)束語

在車銑復(fù)合機(jī)床加工過程中，對(duì)于上述類似零件可實(shí)現(xiàn)一次性裝夾，完成所有工序的加工。這樣就避免了工件在搬運(yùn)過程中的損傷以及工裝難以保證的位置精度，更進(jìn)一步提高了加工的效率并大大降低了工件的廢品率。