基于數控龍門鏜銑床異形孔產品加工

■包頭鐵道職業技術學院 （內蒙古 014060） 閆福明 劉德勇

動車零件電動機橫梁長3m、寬1m且厚0.07m（如圖1所示），材料為鑄造鋁合金，重量32.6kg，屬異形件，壁薄，弧形較長，易變形。加工部位是上下圓弧雙耳面上的通孔（14mm×6mm×21mm），5對異形孔中心線與對稱軸分別成0°、±5°和±10°。技術要求其表面粗糙度Ra=1.6μm，位置度0.2mm。

圖1

1.加工設備選型

此零件0°、±5°和±10°側面異形孔組需一次裝夾定位加工，常規的臥式數控龍門鏜銑床無法實現在水平面轉角。

經調研，采用某公司新開發的GMC2040r2數控龍門鏜銑床機床（數控系統為西門子840D）可以實現這一功能。機床有立、臥主軸轉換的主軸頭，可實現工件一次裝夾進行五面體加工，確保了被加工零件的各面、孔之間的加工精度。主軸頭與方滑枕通過精密端齒盤定位，可分度回轉，臥主軸水平面偏心轉角5°×72分度轉位，實現水平孔系及各面加工，立主軸可實現垂直孔系及第5面加工。

圖2 加工X軸負半軸變量R（左265°、右260°）

圖3 加工265°（左）、260°（右）位置孔

2.加工工藝分析

（1）確定工件坐標系及夾緊定位方式。沿工件長度3m方向，中間二爪側面水平方向設為X軸；沿工件寬度1m方向，以工件左右對稱軸為Y軸；沿工件厚度0.07m方向定為Z軸，工件厚度中心面為Z軸零點建立工件坐標系，坐標XOY平面為水平面。

工件平放用4件400mm等高鑄鐵方箱支撐鑄件底模成型面，采用螺旋夾緊機構（準備12根長180mm的M16螺桿，6塊厚30mm快換異形壓板）；爪部用4套等高專用夾具定位夾緊；孔加工刀具選用φ14mm鍵槽高速鋼銑刀。

（2）臥主軸水平面偏心轉角規定。轉角0°為臥主軸平行于X坐標軸且刀具朝著X軸負方向；臥主軸與立主軸異面垂直且相距150mm；以立主軸為旋轉中心，順時針方向角度逐漸增加；依次加工260°、265°、270°、275°和280°位置。

指令格式：L01（265），表示主軸箱以立主軸為旋轉中心，順時針方向轉到265°絕對位置，即臥主軸水平面偏心轉到265°。

（3）刀具刀位點坐標改變。臥主軸在水平面偏心轉角時，刀具的刀位點坐標發生變化，同時隨著臥主軸水平轉角的大小不同，刀具刀位點位置坐標的變化量也不同，刀具刀位點的坐標與原工件坐標系脫離了關系，這給數控加工編程帶來了困難。

3.數控編程

臥主軸在水平面偏心轉角時，刀具刀位點位置的變化量用變量R表示。加工X軸負半軸變量R用R1～R4，加工X軸正半軸變量R用R5～R8。

（1）首次對刀編程。臥主軸在水平面轉到270°時，在XOY平面Y向對刀，當刀長為298.75mm時，計算R1～R8變量，程序如下：

R1=54.156；R2=21.509；

R3=26.609；R4=11.937；

R5=25.467；R6=14.21；

R7=49.599；R8=30.586；

……

首先加工260°位置孔（如圖2、圖3所示）：

L01（260）；

Z60（加工260°上孔）；

G01 X=－1161.293－R1

Y=635.211+R2；

X=－1154.659－R1

Y=597.789+R2；

Z－60（加工260°下孔）；……

然后加工265°位置孔（如圖2、圖3所示）：

L01（265）；

Z60（加工265°上孔）；

G01 X=－634.493－R3

Y=717.867+R4；

X=－631.181－R3

Y=680.011+R4；

Z－60（加工265°下孔）；……

再加工270°位置孔（此處刀具刀位點的坐標正常，不疊加）：

L01（270）；

Z60（加工270°上孔）；……；

Z－60（加工270°下孔）；……

接著加工275°位置孔（如圖4、圖5所示）：

L01（275）；

Z60（加工275°上孔）；

G01 X=634.493+R5

Y=717.867－R6；

X=631.181+R5

Y=680.011－R6；

Z－60（加工275°下孔）；……

最后加工280°位置孔（如圖4、圖5所示）：

L01（280）；

Z60（加工280°上孔）；

G01 X=1161.293+R7

Y=635.211－R8；

X=1154.659+R7

Y=597.789－R8；

Z－60（加工280°下孔）；……；

M30

（2）再次對刀分析。生產過程中刀具磨損或損壞，需要取下重新刃磨或更換新刀具，刀具長度發生變化，變量R也隨之改變。

加工通孔更換刀具后，刀具能完成并超出通孔加工深度，就不需重新對刀，省去了臥主軸對刀過程；如果刀具不能完成，需重新對刀，重新計算。

加工盲孔更換刀具后，必需重新對刀，重新計算變量R，否則影響被加工孔的深度。

圖4 加工X軸正半軸變量R（左280°、右275°）

圖5 加工275°（上）、280°（下）位置孔

4.坐標疊加規律

刀具刀位點的坐標與原工件坐標疊加，變量R1～R8正負號具有一定規律。加工X軸負半軸，規律如下：

5.結語

生產實踐證明，用GMC2040r2數控龍門鏜銑床加工有異形孔組的電動機橫梁產品，采用坐標疊加計算方法，解決了加工編程難題，提高了零件加工精度及生產效率，取得了較好的經濟效益。