卸料端端蓋上孔的加工與編程方法研究

王占平

在大型的核電產品零部件上，經常會出現斜孔、斜面和斜槽等加工特征，機床需要配備角度銑頭實現角度變化才能加工，在編程、對刀和測量等方面都要有所考慮，工藝方法和編程方法確定的是否合理，根據實際情況給予解決和改善，提高了工作的準確性和效率。

一、引言

大型數控銑鏜床一般都配備數控鏜銑頭，有直角角度銑頭、可調角度銑頭、萬能角度銑頭和伸長銑頭等，可方便調整加工的角度和位置，如果能編程控制銑頭的角度，就更為方便省力，也能保證加工的精度要求，提高工作效率。大型工件上的斜槽、斜孔等較多，除了將工件按角度裝夾外，需要更多考慮工件體積過大的情況，而選用調整角度銑頭的方法完成斜面、斜槽和斜孔的加工。在加工的直徑達 11m，大型卸料端端蓋上總共加工 540個孔的情況下，如果不考慮刀具、編程和機床的結構問題，加工效率會大大降低。

二、工作準備

1.任務描述

卸料端端蓋（圖 1）為鑄鋼材料，凈重 26，356kg，最大直徑達 10，922mm。其上共有 252個斜孔，直徑均為52mm的通孔。第一排孔的初始角度為 6.429°，兩排孔間隔 12.857°，圓錐面上各孔分布圓直徑為 φ4，019mm、 φ5，255mm、 φ5，746mm、 φ6，445mm、 φ7，525mm、 φ8，016mm、 φ8，850mm、 φ9，341mm、 φ9，735mm。其中 φ4，019mm分布圓上孔的最大鉆通深度 195mm，其余各孔的鉆通深度 140mm。

圖 1 卸料端端蓋

加工該零件選用橫梁移動式數控龍門鏜銑床，工作臺最大承載 200t，立柱間距 6m，主軸錐孔 ISO60，橫梁升降行程 3.2m，工作臺縱向（ X）向行程 18m。特別適用于零件本身重量大，工件長度較長的黑色金屬和有色金屬的各種平面、曲面、空間曲面和孔的數控加工。滑枕銑頭在配置各種附件銑頭的情況下，可以在工件一次裝夾中按給定的程序自動連續的完成 5個面上的銑、鏜、鉆、擴孔、鉸孔和攻絲等多工序多工位的加工。卸料端端蓋由 4部分組成，合為一個整體，考慮到直徑太大，超過機床立柱間距，拆開兩部分，分別加工其上各孔。同時由于工件太大，不能傾斜裝夾加工斜孔，所以機床要配備數控萬能角銑頭。

2.制定加工工藝

該零件大致經過如下工序過程：劃線→粗加工 90°結合面→四件把合到一起把牢→劃全線→粗加工各端面、外圓和錐面→ MT探傷→劃線→精修 90°結合面符圖及其上各孔→四件把合→精車各部符圖→ MT探傷→劃線→鉆錐面上各孔→去掉工藝焊塊→清整、去毛刺→交檢。

本文要研究鉆錐面上各孔的方法，完成加工的最后一道工序，零件（兩件把合在一起）內錐面向上順工作臺平放（圖 2）按結合面及法蘭上端面（A—A剖右端面）找正，按內孔定心，精度 0.1mm，按程序完成各孔的加工。

圖 2 工藝簡圖

3.刀具的正確選用

該零件上孔的數量太多，工件材料為鑄鋼材質，有很高的硬度，如果選用普通麻花鉆，鉆削速度會受到限制，同時對鉆頭的刃磨質量提出很高的要求，鉆削效率會大大降低。所以選用目前較為先進的內冷式機夾刀片淺孔鉆（圖 3），也稱為U鉆，刀桿可重復使用，刀片選用立方氮化硼材料，鉆削若干孔后，可更換刀片改善鉆削情況。鉆頭尾部裝有減振夾柄，可將鉆削的噪音降至 60分貝以下。同時裝有內冷裝置，鉆孔時，U鉆切削液從刀具內部噴出，在冷卻刀具的同時，還有助于排出切屑。

4.工件裝夾與安裝

受機床寬度的影響，需要將工件拆開成兩部分，平放在工作臺上，邊緣處放墊鐵，并拉表找正。工件坐標系設在工件的邊緣處， Z向零點設在距離工件上表面1，389.317mm處，符合圖樣的設計基準，如圖 2所示。

圖3 U鉆

5.調整銑頭

機床上裝 N0.5萬能角銑頭，角銑頭有兩個旋轉軸 B和 C，為了準確編程完成鉆孔任務，讓 B和 C軸中心交點與工件坐標系原點重合，才能準確控制銑頭的角度和位置，首先按圖 3所示找到銑頭中心位置，具體過程為裝萬能角銑頭，并安裝靠棒，將銑頭調整到圖 4（a）所示水平位置，找一參照物，上表面加工精度較高（平面度和粗糙度），把量塊放在靠棒與參照物上表面間，感到拖滯則為對刀成功，銑頭中心距離參照物上表面為 50+40/2=70。取出量塊，側移銑頭， Z軸負向移動 70mm，并將相對坐標系中 Z置零。

（a）（b）

圖 4 萬能銑頭確定回轉中心

卸下靠棒，安裝刀具，并調整銑頭到圖4（b）所示位置，同樣用量塊對刀操作，對刀成功后，查看相對坐標的 Z值為550mm，計算550-50=500mm值為刀尖到銑頭回轉中心的距離，即為刀長值。按刀尖對刀后，自然就得到銑頭中心到被測面間的準確位置。鉆孔前，將刀具刀軸角度調整為繞 B軸15°，注意旋轉角度與被加工孔的方向要一致，防止將孔鉆錯。

三、編程

1.編程指令

（1）可編程的零點偏移指令 TRANS、ATRANS。TRANS為絕對編程零位偏置，參考基準是當前設定的有效工件零位，即使用 G54～G599中設定的工件坐標系。而 ATRANS附加可編程零位偏置，參考基準為當前設定的或最后編程的有效工件零位，該零位也可以是通過指令TRANS偏置的零位。加工大型零件時，常用該指令實現坐標系的平移，后面直接跟 X、Y、Z方向的平移量。

（2）可編程旋轉 ROT、AROT。對于某些圍繞中心旋轉得到的特殊輪廓形狀，如果根據旋轉后的實際加工軌跡進行編程，就會使坐標值計算的工作量大大增加，而通過坐標系統旋轉功能，可以大大減少編程計算的工作量。ROT絕對可編程零位旋轉，參考基準為 G54～G599指令建立的工件坐標系零位。而 AROT附加可編程零位旋轉，參考基準為當前有效的設置或編程的零點。指令后跟旋轉平面內的旋轉角度，大型機床上，加工斜面、斜槽和斜孔時常用該指令完成。

2.編寫程序

程序名必須以 2個英文字母開頭，該程序名為 CX2a。 R1為每一排孔的起始角度值； R2為加工第二塊時角度的附加量，在 R1的基礎上附加 90°； R0為水平尺寸轉換為錐面尺寸的轉換量；首先調整銑頭角度， B軸轉過 15度，與孔的角度一致，再繞 C軸轉過要加工某排孔的角度；其次調整坐標平面的角度，先繞 Z軸水平旋轉 R1所賦的角度，再繞 Y軸旋轉 15度，坐標平面與刀具軸線垂直，最后坐標系平面向上平移刀長距離，以使鉆孔深度不受刀具長度影響，如果有刀具長度的變化，可以在刀具長度補長表中輸入刀具長度補償值；最后編程如下。

四、結語

加工數量較多的斜孔時，除了選用合適的機床，注重編程方法外，選用高效的刀具也是必要的手段之一，所以選用目前較為先進的內冷式機夾刀片淺孔鉆，鉆削時切屑會被切削液反向沖出，飛出很遠，近距離工作人員不能接近。鑒于邊緣處的孔較容易加工，選用普通麻花鉆鉆削，最終加工結果如圖 5所示。