基于DMC125U機床的方箱工裝多件柔性加工技術

王繼均　康志文　劉衛武

(中航工業成都飛機工業(集團)有限責任公司結構件廠，四川 成都 610092)

?

基于DMC125U機床的方箱工裝多件柔性加工技術

王繼均康志文劉衛武

(中航工業成都飛機工業(集團)有限責任公司結構件廠，四川 成都 610092)

介紹了就拓展DMC125U立臥轉換式機床的使用范圍和加工效能的一種方法。該方法通過一種通用工裝——方箱,采用方箱進行臥式四面多件柔性加工。該加工方法研究解決了裝夾、程序循環調用、帶機床參數仿真、加工過程刀具監測等方面技術問題，將DMC125U機床的自動裝卸、自動找正、自動檢測等功能有效地聯系在一起，最大限度拓展DMC125U機床的加工能力。該加工方法適用于批量生產，能縮短工件的加工準備時間、機床停機等待時間，成倍提高機床的加工效率，能一次裝夾8個工件，實現無人工干預循環加工。

方箱；循環加工；宏程序；加工效率

DMC125U機床是一臺動柱式立臥轉換加工中心，立柱帶動主軸頭完成X軸、Z軸以及A軸擺角運動，工作臺完成Y軸和C軸旋轉運動。DMC125U配有2個自動交換工作臺，工作臺上帶有固定的安裝工位，保證托盤位置的定位精度。雙工作臺可以在一個工作臺加工工件的同時對裝卸位置的工作臺進行工件的裝卸，雙工作臺設置可以縮短輔助時間，提高加工效率[1]。機床控制系統為SIEMENS 840D，五軸聯動支持RPCP方式，由程序TRAORI指令打開。

該機床集成了立式加工機床的通用性強、使用方便與臥式加工機床的結構剛性好、易排屑的優點，是一種有利于實現多面加工和加工自動化的高端數控加工設備。由于該機床在立式狀態下主軸只能過工作臺中心100 mm，致使機床加工范圍受到很大局限，很多工件由于機床結構原因，在立式狀態下加工過程易超程或者無法加工。若僅使用機床的立式加工方式，則完全沒有發揮其臥式加工的優點。

本文介紹了一種在DMC125U機床上使用的四面多件柔性加工技術，該技術能將機床的自動裝卸、自動找正、自動檢測等功能有效地聯系在一起，并通過通用四面方箱實現機床的數控加工過程無人工干預，能進一步提高加機床的加工效率，并使得機床在臥式狀態下能加工更多的工件，最大限度地拓展DMG機床的加工能力。

1　方箱工裝特點及存在問題

1.1方箱工裝的特點

DMC125U機床的C軸旋轉功能是機床效率提升的關鍵功能，對其合理利用可實現單工作臺多工位加工功能。機床立式狀態下以往使用多為利用工作臺的一半進行加工，為了適應生產需要，后研究出了利用C軸旋轉功能將工作臺旋轉180°，將工作臺利用率相對較少的另一半作為機床的第二工位加工工件。

基于經驗，同樣利用機床C軸旋轉功能，配以通用方箱(如圖1)，在方箱的每一面上都可以根據工件的結構特點安裝相應數量的工件。其結果就是間接擴展了機床的工作臺數量，提高機床的加工能力。利用DMC125U機床雙工作臺交換式加工功能，將工件的準備時間外移實現加工和準備并行操作，能大幅縮短機床上的準備時間，使機床在很短時間就能夠更換工件，確保機床停機時間最短，利用率得到較大提升。

1.2方箱工裝存在的問題

(1)裝夾找正

方箱在理論上應該是一個標準的正方體工裝，由于在實際生產制造中的各種原因，導致工裝不可能與理論一致，存在一定角度變形。方箱在機床上的裝夾也存在誤差，方箱與機床坐標軸的平行度存在誤差。

(2)循環加工原點找正及程序調用

機床加配方箱是一種多工位的加工方法，這種方法不同于多工件成組加工方法，成組加工的工件只有一個工件原點，不同工件之間的關系由程序保證。多工位加工的工件是相對獨立的，各個工件之間沒有聯系，需要設定多個工件工點，這對于加工前的準備工作是個考驗。由于加工程序是單個工件程序，加工中需要循環調用同一個程序加工處在多個零點位置的工件，程序怎樣循環調用是個問題。

(3)加工碰撞問題

DMG機床是一臺A/C軸立臥轉換加工中心，A軸的0°位置為立式狀態，該機床要進行臥式加工，A軸必須為-90°。這樣的話以往的程序固定帶頭有擺角回零指令，這對于臥式加工是相當危險的，會出現機床與工裝碰撞的事故。

另外一點，由于DMC125U機床主軸機構龐大，在臥式加工狀態容下主軸容易與工裝發生碰撞。如圖2所示，主軸旁(X正向位置)有一塊機構，當加工有閉角的工件時C軸在旋轉時與該機構可能發生干涉，有撞機可能發生。機床結構簡圖見圖3。

(4)刀具原因導致成批質量問題

采用方箱上多件裝夾加工，在多件加工過程中沒有停機情況，因此在加工過程中如果刀具有意外情況發生(磨損、崩齒、掉刀)，操作者不易發現，這樣就會造成后續的工件全部超差報廢，風險極大。

2　加工解決方案

2.1裝夾找正

為減小工裝制造與安裝誤差，對方箱底座的制作作了一些規定,方箱底座長方向上制作兩個直徑為φ18H8 mm的孔，此孔用以配合機床工作臺T型槽使工裝安裝在工作臺Y方向的正中。機床工作臺面帶有兩個精密定位孔，此孔可以固定工裝在X方向的位置，基于此特點，在方箱上相應位置制作一個與機床定位孔相配合的孔，最后以銷子固定。這樣，工裝在機床上的位置就固定死了，雖然用高的制造安裝精度可以消除一部分工裝的安裝誤差，但為了達到更高工件制造精度，在找正過程中使用了機床C軸偏擺功能，用機床探頭測量功能對方箱各個工件裝夾面進行了角度修正，保證工件加工時的基準面與機床軸的平行度。

2.2循環加工、原點找正、程序調用

機床加配方箱是一種多工位的加工方法，多工位加工就涉及多個加工原點，DMG125U機床系統配有探頭，可實現原點自動修正功能。在工藝、程序完善的前提下，將探頭自動修正程序融合到加工程序中，工藝將工件加工所需要的程序、刀具、原點坐標、工作臺編號等子程序全納入到主程序中，操作者只需要使用宏程序指令調用主程序加工，不需要再去管理其他的如子程序。該方法可以最大限度使用機床的探頭自動測量、刀具管理及檢測、工作臺自動交換等功能，可以實現多個工件連續、自動加工，實現機床無人值守。

程序自動循環方式如圖4。

;探頭測量子程序

CYCLE800(1,"TC1",0,57,0,0,0,-90,0,0,0,0,0,-1);旋轉坐標系

G507;激活原點坐標

R70=7 ;確認原點坐標

R71=10;孔徑尺寸

M27 ;激活探頭

G0 X0 Y0 Z200 A-90C0 ;按工件孔的位置更改

G01 Z-7 F3000 ;探頭移動到測量位置的深度

_MVAR=101 _SETVAL=R71 _PRNUM=1 _KNUM=R70 _FA=10 _TSA=10 _VMS=0 _NMSP=1

;被測孔的測量參數

CYCLE977 ;探頭的孔測量子程序

G1 Z20 F2000 ;探頭回退的移動位置，可更改

X50;探頭移動位置，可更改

_MVAR=100 _SETVAL=0 _PRNUM=1 _MA=3 _KNUM=R70 _FA=20 _TSA=20 _VMS=0 _NMSP=1 _EVNUM=0

;被測面的參數

CYCLE978 ;探頭的面測量子程序

G00 Z200;探頭回退的移動位置

CYCLE800;取消坐標系旋轉

R10=MYMP_UIFR[R70,X,TR];存X坐標到R10

R11=MYMP_UIFR[R70,Y,TR];存Y坐標到R11

R12=MYMP_UIFR[R70,Z,TR];存Z坐標到R12

M02

;探頭測量數據賦值

R70=13

MYMP_UIFR[R70,X,TR]=R10

MYMP_UIFR[R70,Y,TR]=R11

MYMP_UIFR[R70,Z,TR]=R12

MYMP_UIFR[R70,C,TR]=0

M30

;原點坐標賦值

R70=5

MYMP_UIFR[R70,X,TR]=MYMP_UIFR[13,X,TR]

MYMP_UIFR[R70,Y,TR]=MYMP_UIFR[13,Y,TR]

MYMP_UIFR[R70,Z,TR]=MYMP_UIFR[13,Z,TR]

MYMP_UIFR[R70,C,TR]=MYMP_UIFR[13,C,TR]

M30

2.3防止機床加工干涉與碰撞

在用方箱工裝加工工件時，主要有三種撞機可能:一是加工不同工位工件之間的程序切換；二是單個程序加工中的碰撞；三是長形工件在長方向上帶有角度的工件。

解決辦法：

(1)對臥式加工工件的程序帶頭做了特別規定，程序最開頭加入了機床特殊指令，讓主軸在程序開始前就回到安全位置，然后激活原點讓工作臺旋轉至加工工位。具體程序帶頭見圖5。

(2)對程序編制做了特殊規定，即程序中嚴禁帶有A軸回零指令，程序切削工件的初始下刀位置必須是A軸-90°，程序校對要做帶機床幾何參數的全要素計算機仿真，并仔細核查仿真過程。

(3)工件在X方向上有角度時，需要C軸轉動來加工零件有角度區域。因為機床機構的原因，機床在臥式加工時，由于主軸頭的機構龐大，C軸在轉動時主軸機構可能與工件和工裝發生干涉。因此在加工X向帶角度的工件時有特別要求，長形工件在長方向上帶有角度的工件大致分為兩種：一種是端頭外形閉角，一種是端頭外形開角。

端頭外形為閉角時，這種工件在加工中不會與機床主軸發生干涉，因此這種工件比較適合在方箱上加工，對此無特別要求，如圖6所示。

端頭外形為開角時，當角度過大時方箱極易與主軸機構發生碰撞，如圖7所示，此類工件是不適合在方箱上加工的。因此在選擇工件時應避免選擇該種工件在方箱上加工，或者將工件裝夾方向旋轉90°，使工件角度區在A軸方向加工，避免C軸在加工過程中轉動過大。

2.4防止刀具意外產生質量問題

DMG125U機床配有刀具測量儀，可對刀具進行測量和檢測，對于刀具在加工中可能出現的磨損、崩齒、掉刀現象，可通過將刀具檢測程序嵌入到工件加工程序中，用以加工過程中對刀具的使用情況進行監測。

刀具檢測程序示例如圖8。

3　加工技術應用實例

3.1工件13495的工藝方案

工件13495的結構和工藝數目如圖9。該工件是一個單面框接頭，結構較簡單，僅在外形上有一面角度為負向的理論外形面，完全符合方箱上加工條件。加工中要實現一次裝夾加工工件全部部位這一要求，那么在加工工件的理論面時勢必要銑傷工裝面，這是不允許的。解決辦法是在工件下增加一塊工藝墊板，并且工藝墊板用統一的定位壓緊孔系，保證其互換性。

3.2工件13495的試制

該工件的試制過程進行了2次，一次是按保守的加工參數加工。給出S=9 000 r/min，F=4 000 mm/min,ap=3 mm，每件加工時間大概為60 min；另一次按比較高的加工參數加工。給出S=14 000 r/min,F=7 000 mm/min，ap=2 mm，每件加工時間大概為45～50 min。最后比較加工效果后選取了加工效率較高的高參數程序作為定型程序。實際加工如圖10所示。

3.3工件13495的加工程序

3.4工件13495的加工結果

該工件原單件加工，每件需要90 min的加工時間(不含準備時間)；現改在方箱上批量加工，每件需要45 min，可以節約近一半的時間。改進前、后工件數控加工時間對比見表1。

經過試驗，方箱四面多件加工技術用于工件單件生產或生產批量較小時比單件生產花費時間要多；但用于批量大的生產時可以節約加工時間，這個節約的加工時間隨著生產數量的加大而擴大。具體加工時間數據對比見表2。

表1　零改進前、后數控加工時間對比數據表　min

4　結語

DMC125U加工中心由于工序的集中和自動換刀，

表2　單件與多件加工時間對比表　min

減少了工件的裝夾、測量和機床調整等時間，使機床的切削時間達到機床開動時間的80%左右(普通機床僅為15%～20%)；同時也減少了工序之間的工件周轉、搬運和存放時間，縮短了生產周期，具有明顯的經濟效果。該加工方法能將DMC125U機床的自動裝卸、自動找正、自動檢測等功能有效地聯系在一起并通過一通用工裝實現機床的數控加工過程無人工干預。該加工方法適用于大批量生產，能縮短工件的加工準備時間、成倍提高機床的加工效率。

[1]張光學. 淺談臥式加工中心的應用[J].硅谷，2010(24):124.

[2]原華，沈健.多主軸臥式加工中心實現高效加工[J]. 組合機床與自動化加工技術，2012(8):96-98.

[3]劉丹陽，張明洋，徐兆成，等西門子840D系統五軸加工功能在精密臥式五軸加工中心上的應用[J].機床與液壓，2011，39(24)：5-7.

[4]周澤華.金屬切削理論[M].北京: 機械工業出版社, 1992.

[5]劉雄偉．數控加工編程的理論基礎[M]．北京：機械工業出版社,2000.

[6]王德躍,王華僑,李新洲.DMU125P數控立臥轉換加工中心的應用與編程[J].CAD/CAM與制造業信息化，2004(10):72-74.

如果您想發表對本文的看法，請將文章編號填入讀者意見調查表中的相應位置。

Quad-faces multiple parts flexible machining technology based on DMC125U machine

WANG Jijun, KANG Zhiwen, LIU Weiwu

(Chengdu Aircraft Industrial (Group) Co., Ltd., Chengdu 610092, CHN)

Introduces a method to expand utilization range and machine efficiency of DMC125U stand-horizontal type machine. This method is achieved by quad-faces multiple parts flexible machining by using a common tooling-square box. This machining method resolves technical problems like clamping, program repeated utilization, machine parameter simulation and tool monitoring during machining, etc. and it incorporates functions of DMC125U like auto inst & removal, auto correction and auto inspection, etc., so that the maximum expansion of machining capability of DMC125U machine is achieved. This method is applicable to piece parts batch production, which can shorten the machining preparation time and machine stop waiting time, and increase machining efficiency by times. Each clamping covers 8 piece parts, so cycle machining without human interference is achieved.

square box; cycle machining; macroprogram; machining efficiency

TH162

A

王繼均，男，1981年生，工程師，數控主管工藝師，研究方向數控加工工藝。

(編輯孫德茂)(2015-09-15)

160426