手工與自動(dòng)編程結(jié)合以提升液壓閥體加工效率

趙敏， 劉正雷， 彭彪， 易曦

（三一汽車起重機(jī)械有限公司，長(zhǎng)沙 410100）

0 引言

加工效率的提升是一項(xiàng)系統(tǒng)的工作，應(yīng)貫穿于整個(gè)工藝過(guò)程，在工藝路線規(guī)劃、工裝方案設(shè)計(jì)、加工程序的編制等環(huán)節(jié)，均應(yīng)予以考量。本文結(jié)合作者工作中常見(jiàn)的液壓閥體加工，分享一些效率提升心得。

1 工裝設(shè)計(jì)階段對(duì)加工效率的考量

通常液壓閥體尺寸較小，大部分工程閥體最大尺寸不超過(guò)400 mm。而主流的臥式加工中心各軸行程均在700 mm以上，這使得多工位閥體專用工裝設(shè)計(jì)成為量產(chǎn)工藝規(guī)劃的必然趨勢(shì)。以筆者所在工廠為例，我們通常將工裝設(shè)計(jì)成十字形的四面四工位或四面八工位工裝。工裝設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量將不同工件的相同加工內(nèi)容布置在工裝的同一個(gè)分度角度，這樣加工完一個(gè)孔，只需短距退刀移位至下一孔位，而不需退至Z軸零點(diǎn)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，大幅減少了移動(dòng)空行程和工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)次數(shù)，降低了切削過(guò)程中的等待時(shí)間。

2 刀具順序的編排

在編程過(guò)程中，粗加工刀具排布總體原則是：直徑從大到小，先用大直徑刀具加工，后用小直徑刀具加工。這樣可以減少后續(xù)小直徑刀具的切削深度和切削時(shí)間。以圖1所示的液壓閥體中常見(jiàn)的插裝閥孔為例，加工刀具共 4支，分別是 φ19.5鉆頭、φ24.5鉆頭、φ20×φ25×φ36復(fù)合鉸刀、M27×2絲錐。按上述原則，則加工順序?yàn)椋恒@φ24.5→鉆 φ19.5→復(fù)合鉸刀鉸孔→攻絲。φ24.5鉆頭鉆深至-20，后續(xù) φ19.5鉆頭鉆孔則可以直接快進(jìn)至-19處開(kāi)始進(jìn)給，φ19.5鉆頭的切削深度比自身先加工縮短一半以上。

圖1

3 刀具分段進(jìn)給，提升切削效率

液壓閥體加工中，會(huì)用到較多的多直徑刀具，比如復(fù)合鉆、復(fù)合鉸、擴(kuò)孔锪面復(fù)合刀具等。MasterCAM無(wú)法實(shí)現(xiàn)同一支刀具在加工同一個(gè)孔過(guò)程中使用不同的切削參數(shù)，所以在自動(dòng)編程階段，為了防止切削速度過(guò)快造成刀具燒蝕、崩刃等損壞，通常是以最大刀具直徑計(jì)算轉(zhuǎn)速、進(jìn)給值，而此時(shí)刀具的小直徑部分實(shí)際上處于較低的切削速度，既影響刀具壽命，又影響加工效率。

針對(duì)上述問(wèn)題，我們可以在后處理時(shí)對(duì)數(shù)控程序進(jìn)行手工優(yōu)化，用G01直線插補(bǔ)，替代G81G83鉆孔循環(huán)，使刀具在不同的切削階段，使用相應(yīng)的切削速度，進(jìn)而提升加工效率。

此種方式還可以獲得較低的表面粗糙度。MasterCAM固有的程序模式中，對(duì)于锪面，只能實(shí)現(xiàn)刀具在孔底停留，此種方式并不能極大降低表面粗糙度，而用手工編程分段進(jìn)給，則可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給速度遞減，在最后0.1 mm內(nèi)實(shí)現(xiàn)接近于磨削加工的微量切削，進(jìn)而大大降低表面粗糙度。

以圖2（a）所示孔為例，其加工刀具為擴(kuò)孔锪面成型刀，如圖 2（b）所示。

圖2

通常MasterCAM采用鉆孔循環(huán)，自動(dòng)生成的程序?yàn)椋?/p>

G0 G90 Z100.S500M3

G98 G81 Z-26.5R2.F100.M88

G80

上述刀具，φ46段切削深度僅0.5 mm，而為了保護(hù)刀具，φ31段一直是以φ46段的切削參數(shù)在加工（相對(duì)φ31直徑而言是低速），降低了加工效率。

對(duì)程序進(jìn)行效率提升優(yōu)化，通過(guò)上文公式，計(jì)算出刀具在 φ31、φ46 段的轉(zhuǎn)速分別為 500 r/min、700 r/min，進(jìn)給分別為100 mm/min、140 mm/min，優(yōu)化后的程序如下：

G0 G90 Z100.S700M3

Z2.

G01Z-25.5F140.M88

S500M3

G01Z-26.4F100.

G01Z-26.5F10.（微量切削，降低表面粗糙度）

G0Z100.

優(yōu)化后，雖然程序變長(zhǎng)了，但實(shí)際運(yùn)行時(shí)間變短，效率得到了提升。而對(duì)于有較多避空段的孔，也可采用此種方式，如圖3所示的閥體中常見(jiàn)的滑閥孔。

圖3中孔類型是液壓閥體中最常見(jiàn)的滑閥孔，其實(shí)際需要切削的長(zhǎng)度僅為總長(zhǎng)度的1/3左右，此類孔也可采用上述分段進(jìn)給的辦法，在避空段將進(jìn)給速度提高2～3倍，可有效提升加工效率。當(dāng)然，為了防止鑄造異常（殘留飛邊等）造成刀具損壞，避空段盡量不要使用G00快速移動(dòng)指令。

圖3

4 鉸孔倍率退刀，提升切削效率

液壓閥體加工中，通常會(huì)用到兩種鉸刀，一種是加工插裝閥孔的復(fù)合鉸刀，一種是加工滑閥孔的精密鉸刀。閥體中插裝閥孔多，滑閥孔長(zhǎng)度很長(zhǎng)，通常為5～8倍孔徑，此兩類型孔加工占閥體加工總時(shí)間的30%以上。MasterCAM中的鉸孔命令（G85）是以進(jìn)給速度退刀，大大延長(zhǎng)了鉸孔加工時(shí)間。鉸孔的進(jìn)給速度退刀，是為了防止因刀具系統(tǒng)精度不高造成快速時(shí)內(nèi)孔拉傷而采取的應(yīng)對(duì)措施。如今的刀具系統(tǒng)精度與當(dāng)年已不可同日而語(yǔ)，筆者所在工廠使用的閥孔精密鉸刀，具有補(bǔ)償功能，可以修正刀具跳動(dòng)，將跳動(dòng)值控制在0.002 mm以內(nèi)，故孔拉傷問(wèn)題已大大緩解。

我們的優(yōu)化方式是，用G01直線插補(bǔ)方式進(jìn)給，然后用G01命令以進(jìn)給速度的整數(shù)倍速度（通常取2倍、4倍）退刀。這樣即使存在刀具跳動(dòng)的孔拉傷，紋路也比較一致，不會(huì)造成孔直徑的超差，由于后續(xù)有珩磨工序，粗糙度的小幅下降也在可接受范圍。

比如通常的鉸孔程序G98 G85 Z-100.R2.F60.

手工優(yōu)化為：G01 Z-100.F80.G01 Z2.F240.G0 Z100.

對(duì)于240 mm長(zhǎng)閥孔，僅一把鉸刀即可縮短3 min，而閥孔屬超精密孔，通常需2～3把鉸刀進(jìn)行半精、精鉸加工，采用上述方式優(yōu)化后，效率提升相當(dāng)可觀。

數(shù)控編程中的效率提升，是一項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)性極強(qiáng)的工作，其一個(gè)核心思想是：盡量縮短刀具路徑、盡量減小空行程、盡量減少工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)次數(shù)和換刀次數(shù)。可能一個(gè)細(xì)節(jié)的優(yōu)化，只是提升零點(diǎn)幾秒，但對(duì)一個(gè)加工多工件的大型量產(chǎn)程序整體優(yōu)化后，卻可取得積細(xì)流成江海的顯著效果。

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