半閉環數控銑床銑削加工高精度圓分段式加工方法

北方信息控制集團有限公司 （山西晉中 030600） 左 鋒 趙 江 霍一敏

1. 數控銑床加工零件情況

數控銑床的加工功能很強，能完成各種平面、溝槽、成型表面及空間曲線復雜型面的加工，當然圓盤類零件的加工也可以方便地在數控銑床上實現。數控銑床的加工精度是機床很重要的一項指標，在使用兩坐標聯動數控銑床加工圓盤狀（或孔系類）零件時，在XY軸轉換部位經常會出現明顯的刀痕，有時刀痕深度可達0.07～0.20mm，如圖1a所示；或產生不規則的圓度誤差（經常在大直徑圓弧段中出現），如圖1b所示。

對于圖1a所示情況，數控銑床的絲杠性能、系統的質量及運動的摩擦和進給阻力都是要考慮的，只要合理選擇或調整都可將加工誤差降至最小。數控銑床加工零件存在誤差不可避免，而且引起誤差的因素有很多，比如加工速度、機械結構等。筆者結合自己的實際經驗，主要針對圖1b所示現象，對數控銑床（或加工中心）高精度大直徑孔系類零件的加工工藝進行探討。

2. 針對數控機床工作原理的分析

在輪廓加工中，刀具軌跡必須嚴格、準確地按零件輪廓曲線運動。插補運算的任務就是在已知加工軌跡曲線的起點和終點間進行“數據點的密化”。插補是在每個插補周期內，根據指令、進給速度計算出一個微小直線段的數據，刀具沿著微小直線段運動，經過若干個插補周期后，刀具從起點運動到終點，完成這段輪廓的加工。

數控銑床（主要指半閉環伺服系統）進行圓弧插補運動時，系統只對圓弧的起點和終點進行位置檢測，而起點和終點之間的所有圓弧上的點，都只靠系統的插補運算來控制，沒有位置檢測，再加上機床工作臺運動相對于插補指令的滯后，一定會產生機床運動軌跡的偏差。圓弧段越長，偏差越大，而整圓的圓弧段最長，所以整圓的偏差值最大。機床的機械精度對圓弧加工有重大影響。進給速度對圓的精度也有影響，進給速度越快，跟隨誤差也越大。

圖 1

3. 基于MasterCAM的探討

Master CAM是美國CNC Software NC公司開發的基于PC平臺的計算機輔助制造系統軟件。該軟件在二維輪廓、孔加工和三維曲面等加工方面能產生符合機床的自動加工代碼，由于數控系統只對圓弧的起點和終點進行位置檢測，基于MasterCAM軟件強大的二維繪圖和加工特點，我們可以把整圓人為地均分成若干圓弧段來進行加工，如圖2所示。這樣就可以增加位置檢測點，從而提高整圓的精度。均分段數應為4的整倍數。另外還應注意，精銑時，應適當降低進給速度。

圖3所示為整圓加工改進后與改進前的刀具軌跡對比圖。

圖 3

4. 加工實例

經過上述技術方案改進后，在實際加工案例（見圖4）中，通過將這兩種零件的φ140h6外圓和φ160H7內孔在MasterCAM制圖時全部打斷為20段，粗銑后留余量0.5mm，用φ12mm立銑刀精銑，進給速度f=500mm/min，程序為20段圓弧加工后，經檢測，φ140h6外圓實測為φ139.99mm，圓度誤差≤0.01mm，φ160H7內孔實測為φ160.02mm，圓度誤差≤0.015mm。經過改進后的方法比原方法加工的零件尺寸精度高，表面質量好，能夠滿足圖樣要求。

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編輯部

圖 4