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摘要:通過對工藝流程的優(yōu)化，在西門子840D數(shù)控系統(tǒng)下，靈活應(yīng)用R參數(shù)、宏程序、鏡像、平面旋轉(zhuǎn)、空間旋轉(zhuǎn)、螺旋插補(bǔ)等功能，完成了超級(jí)篩主關(guān)件底座的精密主軸孔、反刮孔內(nèi)端面、電機(jī)安裝斜面等重要工藝要素的數(shù)控編程和加工。

關(guān)鍵詞:宏程序;編程指令;旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系;孔內(nèi)端面加工

1工藝背景

底座是BF14260TD超級(jí)矩形篩的機(jī)架，是除篩箱之外的最重要主關(guān)件，其精度直接關(guān)系到驅(qū)動(dòng)主軸運(yùn)動(dòng)是否可靠、上置篩箱動(dòng)平衡穩(wěn)定，以及重要進(jìn)口件ROSTA的支撐性能，從而影響到整臺(tái)超級(jí)篩的軌跡準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠和耐用壽命等工作性能。底座的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)要素如圖1所示，其主要由主軸孔、電機(jī)安裝面、底座面等組成，并形成一系列的尺寸鏈公差和形位鏈公差精密要求。經(jīng)分析產(chǎn)品性能及加工條件如下:①安排在12m五面體數(shù)控龍門銑床加工，確立基準(zhǔn)鏈轉(zhuǎn)換的定位和調(diào)整方式;②制定工藝流程、重點(diǎn)編制出各工步在840D數(shù)控環(huán)境下的相應(yīng)數(shù)控加工程序，從而達(dá)到機(jī)床精度最大趨同工件精度。

2工藝流程

通過基準(zhǔn)鏈的定位轉(zhuǎn)換及優(yōu)化工藝分析，結(jié)合西門子840D數(shù)控系統(tǒng)編程技巧，可以得出底座的工藝路線［1－3］。下面根據(jù)工藝路線，梳理出底座的全部加工內(nèi)容和工藝要求。

2.1旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系法復(fù)校電機(jī)安裝面工件擺放及校對如圖2所示，工件置于墊頭上，校兩對角線平行XY平面，有間隙用銅片墊實(shí)。校直兩M粗基準(zhǔn)，找正300中心，G面為工件坐標(biāo)系Z零點(diǎn)，鍵入工件坐標(biāo)系G54機(jī)床存儲(chǔ)器中。繞Z軸旋轉(zhuǎn)工件坐標(biāo)系141°，檢測電機(jī)安裝斜面，如位置相差較大可繞Z軸底座微量轉(zhuǎn)動(dòng)，程序運(yùn)行步驟見表1。

2.2鏡象法銑底面粗銑底面(A面)可采用鏡像功能編寫程序，以X正向、Y正向作為路徑編寫程序單輸入到子程序中，子程序?yàn)長1。A面數(shù)控程序見表2。

2.3螺旋插補(bǔ)法銑主軸孔下端面主軸裝200盤銑刀，采用螺旋坡銑E面、銑平，留0.1mm余量同A面統(tǒng)一進(jìn)行精銑。下端面(G面)數(shù)控程序見表3。

2.4螺旋插補(bǔ)法以銑代鏜主軸下孔采用螺旋插補(bǔ)法以銑代鏜主軸下孔(B孔)。B孔為8級(jí)精度采用機(jī)床插補(bǔ)精度足夠，如果鏜削則需配置大規(guī)格粗精鏜排，也可采用快速坡銑代鏜。B孔數(shù)控程序見表4，通過改變R1值可實(shí)現(xiàn)粗、精銑分開。

2.5圓弧插補(bǔ)法反銑內(nèi)端面(H面)在300孔底部有一直徑420mm、深5mm內(nèi)面止口，可以用三面刃銑刀從孔底向上分層切削加工。也可以用鏜桿裝夾反向鏜刀單刀飛削，此原理和三面刃銑刀相同。因整個(gè)加工過程都是斷續(xù)切削，刀尖要耐沖擊，所以磨刀時(shí)主偏角要小于90°，前角、后角和副后角不應(yīng)過大，切削刃口及刀尖磨倒棱。F面反刮好后，在鏜桿上裝主偏角45°刀，倒孔口和孔底C3角。H面數(shù)控程序見表5，通過改變R4可實(shí)現(xiàn)徑向分刀，通過改變R2可實(shí)現(xiàn)軸向分層實(shí)現(xiàn)內(nèi)面反銑。

2.6固定循環(huán)圓陣列G面及A面鉆孔G面、A面鉆孔數(shù)控程序見表6。

2.7銑校準(zhǔn)用X、Y向四點(diǎn)M、N工藝基準(zhǔn)M、N工藝基準(zhǔn)用于工件翻身后校正直線和找正中心用。Y負(fù)方向銑兩處(M面)，且在同一平面，X正向銑兩處(N面)，分別計(jì)算出各工藝基準(zhǔn)到工件中心的距離，并精確記錄。

2.8旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系法側(cè)銑一半電機(jī)安裝斜面(K面)運(yùn)用西門子獨(dú)特的FRAME功能，通過繞Z軸旋轉(zhuǎn)XY坐標(biāo)系141°建立新的坐標(biāo)系，定位側(cè)銑一半電機(jī)安裝斜面，如圖3所示。K面數(shù)控程序見表7，根據(jù)實(shí)際余量通過R1的改變實(shí)現(xiàn)分層加工。

2.9旋轉(zhuǎn)和平移坐標(biāo)系法固定循環(huán)點(diǎn)鉆、倒角、攻一半安裝面各斜孔角銑頭Z負(fù)方向行程過大會(huì)觸碰到其他相關(guān)面，故電機(jī)座面只能單側(cè)加工孔。主軸裝上直角銑頭及相應(yīng)鉆頭。運(yùn)用FRAME功能，通過繞Z軸旋轉(zhuǎn)XY坐標(biāo)系141°建立新的坐標(biāo)系，在此坐標(biāo)系中完成X、Y、Z向以鉆尖為目標(biāo)點(diǎn)對刀，定位在第一個(gè)孔起始位坐標(biāo)。避免了大量的三角函數(shù)計(jì)算和插補(bǔ)編程，可使斜面編程像在一般坐標(biāo)中一樣簡單。安裝面加工如圖4所示。安裝面兩斜孔數(shù)控程序見表8，通過刀補(bǔ)的調(diào)整完成鉆、攻絲、倒角等加工。

2.10銑等高墊頭，底面朝下定位，調(diào)整，復(fù)校下主軸孔將四個(gè)輔工作臺(tái)置于機(jī)床工作臺(tái)上，在輔工作臺(tái)上鎖緊四塊墊頭并將其銑平。工件翻身后A面放在等高墊頭上，校直工藝基準(zhǔn)M面、N面。用尋邊器找正工件中心，并按銑工藝基準(zhǔn)時(shí)所記錄的數(shù)值設(shè)定好工件中心，寫入到工件坐標(biāo)系存儲(chǔ)器G55中再復(fù)校下主軸孔300。

2.11其他加工螺旋插補(bǔ)法銑主軸孔上端面，方法參考工藝流程2.3;螺旋插補(bǔ)法以銑代鏜主軸上孔，方法參考工藝流程2.4;固定循環(huán)圓陣列法點(diǎn)鉆、倒角、攻上外端面各孔，方法參考工藝流程2.6;旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系法棒銑電機(jī)另一半安裝斜面，方法參考工藝流程2.8;旋轉(zhuǎn)和平移坐標(biāo)系法固定循環(huán)點(diǎn)鉆、倒角、攻另一半安裝面各孔等，方法參考工藝流程2.9。

3工藝要求

(1)加工前應(yīng)先檢查各加工面的余量，無法直接檢查的可以通過加長刀桿、杠桿表、尺、機(jī)床編程功能等，輔助檢測各加工余量，以確保加工順利進(jìn)行。(2)工作機(jī)床沒有刀庫，本文以每把參加工作的刀具分別進(jìn)行Z向?qū)Φ?。也可以統(tǒng)一基準(zhǔn)平面對刀，分別計(jì)算出基準(zhǔn)面到各尺寸鏈的數(shù)值，量出每把刀具的長度，設(shè)定長度補(bǔ)償。(3)圖紙要求G面平行于A為0.02，所以在工藝流程粗銑底面和下端面兩道工序粗加工完成后，松掉壓板，待工件冷卻，重新墊實(shí)各墊頭與工件接觸面間隙，更換刀片，精銑A面和G面。工件自重足夠保證精銑平面的穩(wěn)定性，精加工好后擰緊壓板螺絲，進(jìn)行下道工序。(4)加工第二面時(shí)，為確保工件加工達(dá)到工藝要求，應(yīng)做到以下幾點(diǎn):①第二面420大孔同軸于第一面300孔;②420孔端面平行于A基準(zhǔn)面;③上下斜面在同一平面內(nèi)。(5)將4個(gè)墊頭置于機(jī)床工作臺(tái)上(見圖3b)，在輔工作臺(tái)上鎖緊四個(gè)等高塊，有一塊等高塊應(yīng)露出工件范圍，用于在機(jī)床上打表測量加工平面到基準(zhǔn)面A的高度，控制尺寸。用大直徑刀盤銑平四塊等高墊頭，銑等高墊頭時(shí)應(yīng)選用垂直于Z軸較差的軸向銑削，且選擇不拖刀方向進(jìn)刀。比如X軸和Z軸垂直較好，Y軸和Z軸垂直較差，應(yīng)選用Y軸方向?yàn)榍邢鞣较?，而進(jìn)刀方向選與Z軸夾角略大于90°的Y軸方向進(jìn)刀。反之就會(huì)出現(xiàn)明顯的接刀和拖刀現(xiàn)象，拖刀會(huì)加劇刀具磨損，錯(cuò)誤選擇切削方向和進(jìn)刀方向會(huì)影響基準(zhǔn)面的平面度，從而影響再加工面與基準(zhǔn)面A的平行度和垂直度。(6)工件翻身后基準(zhǔn)面A放在等高方向上，銑好的Y負(fù)方向兩個(gè)工藝基準(zhǔn)依舊朝向操作臺(tái)，便于校正，此時(shí)X正向工藝基準(zhǔn)朝向X負(fù)向。用杠桿表校直Y負(fù)向兩個(gè)工藝基準(zhǔn)，用尋邊器尋找出各工藝基準(zhǔn)面，并按銑工藝基準(zhǔn)時(shí)所記錄的數(shù)值設(shè)定好工件中心，并寫入到工件坐標(biāo)系存儲(chǔ)器G55中。工件中心初步校好后在主軸上裝一個(gè)長刀桿，用百分表吸附在刀桿上，機(jī)床從X負(fù)方向和Y負(fù)方向以較低速度移動(dòng)到工件中心，低速定向定位會(huì)消除機(jī)床定位誤差，能保證上下孔同心度。用手輪驅(qū)動(dòng)Z軸，手動(dòng)調(diào)整百分表，使百分表移動(dòng)到已加工好的300孔壁，關(guān)閉主軸旋轉(zhuǎn)監(jiān)控，手工定向旋轉(zhuǎn)主軸，使百分表旋轉(zhuǎn)一圈X向Y向數(shù)值不變，如有變化，應(yīng)向百分表數(shù)值小的方向移動(dòng)一半的值差，且重新定位要遵循低速定向定位原則，直到主軸旋轉(zhuǎn)一圈數(shù)值無變化，再重新設(shè)定坐標(biāo)系。(7)銑電機(jī)另一半安裝斜面時(shí)，在精加工前先預(yù)留量，打表上下斜面落差值是否和預(yù)留量在數(shù)值和方向上一致。分別打表上下斜面平行度，保證加工后同一旋轉(zhuǎn)平面的要求。

4工藝結(jié)論

工藝識(shí)基準(zhǔn)鏈，加工會(huì)一半;機(jī)床會(huì)坐標(biāo)系，編程會(huì)一半;調(diào)整會(huì)校定位，操作會(huì)一半。正是通過工件的準(zhǔn)確定位、工藝基準(zhǔn)鏈的轉(zhuǎn)換，以及相應(yīng)坐標(biāo)系原點(diǎn)的確定，使機(jī)床位置精度與圖紙?jiān)O(shè)計(jì)基準(zhǔn)密切趨同，從而保證了各要素形位精度的實(shí)現(xiàn)［4］。(1)通過螺旋插補(bǔ)以銑代鏜結(jié)合翻身?？?，保證了兩主軸孔的八級(jí)尺寸公差和同軸度。(2)通過圓弧插補(bǔ)、條件跳轉(zhuǎn)、徑向分刀軸向分層、反向單刀，保證了有平行度要求的反向內(nèi)面精銑加工精度。(3)通過西門子獨(dú)特的FRAME功能，繞Z軸旋轉(zhuǎn)XY坐標(biāo)系建立新的坐標(biāo)系，側(cè)銑電機(jī)安裝面和鉆孔，省去了原坐標(biāo)系中需要大量的函數(shù)計(jì)算和插補(bǔ)編程，非常方便地實(shí)現(xiàn)了斜面及其上斜孔的加工。

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作者：嚴(yán)來成 徐強(qiáng) 單位：蘇州蘇福馬機(jī)械有限公司