基于雙主軸走心車銑復合中心細長軸同步加工技術研究

劉 旭 朱學超 顧麗亞

(蘇州市職業大學，江蘇 蘇州215104)

近年來，隨著航空航天、軍工、通訊、微特電子等行業的迅速發展，許多高精度、多批量、外形復雜的精密軸類工件的車銑復合加工給機械制造業提出了新的挑戰，這類工件中，尤其以長徑比較大的細長軸最難加工。由于細長軸長徑比大，在切削力作用下會產生彎曲變形與振動，因此細長軸的車銑復合加工目前仍是一個工藝難題。傳統的數控加工方法已經無法滿足現代產品多樣化、個性化的需求，制造業正在向著高效、精密、復合的方向快速發展。圖1 所示(配備自動送料機)，日本津上B0326 -Ⅱ是以車為主同時兼備鉆孔、雕刻、銑槽、銑齒、攻絲、鉸孔、磨削等多工藝車銑復合加工功能的8 軸雙主軸走心式車銑復合中心。超長的Z 軸行程，通過送料機將材料送到主軸通孔，主軸夾頭自動鎖緊，一次送料完成工件的全部加工，無論是加工精度、加工效率都是傳統走刀式車銑中心無法比擬的。其強大的雙軸(主軸、背軸)控制系統，能實現對工件主背軸不停車同步夾持，特別適合細長軸工件的加工。

1 B0326 -Ⅱ雙主軸走心車銑復合中心簡介

B0326 -Ⅱ走心車銑復合中心配置雙主軸雙系統雙通道，最大加工棒材直徑為32 mm，主背軸具有C 軸和Y 軸功能，能實現完全復合和超難工藝加工。該設備采用雙軸排布刀具，通過縮短排刀與對向刀具臺的刀具交換時間，多重刀具臺重疊，二次加工時直接主軸分度，主背軸同時加工，實現空走時間的縮短，大大提高加工效率。B0326 -Ⅱ走心車銑復合中心最主要特點是具有兩個中心對心的雙主軸，加工細長軸時，工件由主軸向背軸自動傳遞，實現主背軸同步加工;選用電導套模式，擁有導套支撐，避免工件彎曲變形，一次送料最長可達320 mm，確保細長軸產品的同軸度。

機床控制系統采用了FANUC 32i 高性能數控系統，該數控系統是集控制單元與LCD 于一體的CNC系統，并具有網絡功能，最多控制8 軸。

2 細長軸工件加工工藝分析

圖2 所示為某機構中不銹鋼細長連接軸零件，毛坯為Φ22 mm 棒材，零件長度L 為，最小處徑向尺寸為，長徑比L/d =20，屬于細長軸類工件。細長軸工件由于本身長徑比大、剛性差，高速旋轉時受切削力和離心力的影響，極易產生彎曲變形。由于工件的材料是具有很高硬度的不銹鋼，加工過程中切削力大、切削溫度高，有粘刀現象，刀具極易損壞。特別是當工件接近尺寸要求時，工件直徑變小，徑向切削力變大，車削時振動變大，容易產生彎曲和變形，表面質量精度和圓柱度難以保證。

2.1 傳統加工方法

在傳統加工設備上加工細長軸時，通常采用一夾一頂的裝夾方式，這種方式散熱性較差，容易產生線膨脹，彎曲變形較大，加工起來有一定難度。如圖3 所示，工件裝夾時在卡盤的卡爪面墊入一開口墊圈1，以減少卡爪和毛坯的軸向接觸長度，消除安裝時的過定位現象。尾座頂尖將死頂尖換成彈性回轉頂尖2，使細長軸在車削加工時由于切削熱的影響可以自由伸縮，盡量避免由切削熱引起的彎曲變形。車削時刀具的走刀方向采用反向車削法，消除軸向切削力引起的彎曲變形。另外在車削剛性差的細長軸類工件時，還可采用跟刀架車削法增加工件的剛度，減小徑向切削力的影響。但是總的來說，采用傳統加工工藝加工細長軸工件效果不甚理想，工件廢品率較高。

2.2 雙主軸走心同步加工工藝

B0326-Ⅱ走心車銑復合中心集車、銑、鏜、鉆、攻絲等工序于一體，能夠將多道工序、多種加工集中。雙主軸控制系統，能實現主軸加工完背軸自動接料定位，主、背軸同步加工，有效解決了工件調頭二次裝夾造成的效率、精度低的問題。如圖4 所示，加工細長軸時，主軸夾持送料，電導套扶持支撐，背軸接料夾持，實現三點定位，消除切削力引起的彎曲變形，確保加工精度。主軸側刀具分度定位后，背軸和主軸對心并沿著工件C-C 處(見圖2)自動夾持，無需進行手動二次裝夾，避免了由于多次裝夾造成的定位誤差，確保工件的同軸度和同心度，執行M221 主背軸同步指令后，背軸夾持工件按照主軸的運動軌跡共同運動，大大增加了細長軸的剛性，減小徑向切削力的影響，實現同步加工功能。采用B0326 -Ⅱ走心車銑復合中心同步加工技術加工細長軸工件，無論是加工精度還是加工效率，都大大超過了傳統加工方法。

結合B0326 -Ⅱ走心車銑復合中心的特點，安排如下加工工藝路線:

車右端面→車M14 ×1.5 螺紋外圓Φ13.8mm 長度至10.5 mm→切Φ7mm2.5mm 退刀槽→車M14 ×1.5螺紋→去M14X ×1. 5 螺紋處毛刺并車外圓Φ至25 mm→背軸沿工件C -C 處夾持，主背軸同步車外圓，總長度至162 mm→背軸沿工件D -D 處夾持，切斷(此時工件在背軸)→車左側M14 ×1.5 螺紋處外圓→切Φ7mm×2.5mm 退刀槽→車M14 ×1.5 螺紋→吐料。

主軸側:

……

T2727;

M03S2000P1;

M08;

G00X25.0Z20.5;外圓刀定位

M510;等待背軸定位

M56;主背軸同轉

M53;主背軸轉速確認

M511;等待背軸同步

M221;主背軸同步

M20;背軸夾緊

G04U0.5;

G73U7.0R7.0;

G73P10Q20U0.5W0F0.05;

N10G01X21.30F0.03;

X8.0Z24.5;

Z135.5;

X21.3Z139.5;

N20Z162.0;

M220;主背軸同步結束

……

背軸側:

……

T9900;背軸和主軸對心

M510;等待主軸定位

M21;背軸夾頭松開

G98G01Z5.0F3000;

M511;等待主背軸同步

M221;主背軸同步

M220;主背軸同步結束

……

3 結語

在雙主軸走心車銑復合中心上加工零件中，一次裝夾后可完成全部要素加工，是一種很有效的加工途徑，加工精度高，生產效率高，避免了傳統加工工藝中靠手工操作保證加工質量的缺陷，大大降低了廢品率。利用雙主軸走心車銑復合中心同步功能加工細長軸工件克服了傳統加工工藝難題，值得借鑒和推廣。

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