S45數控坐標磨床輪廓加工研究

劉國璽，郭 輝，田 輝，沈 勇

(中航飛機起落架有限責任公司，陜西 漢中 723200)

起落架控制系統主要由無源但可控的阻尼和彈性元件組成半主動控制系統。半主動控制起落架的顯著特點是增加了一個可根據需要隨時改變油孔面積的變油孔緩沖器。根據需要隨時調節油針桿在起落架機構中的位置，達到改變過油孔面積、減小飛機在著陸接地和地面運動時所受的撞擊力、減弱飛機顛簸跳動的目的[1]。某型號起落架油針(見圖1)材料為30CrMnSiA，最大直徑為56 mm，長度為570 mm，加工油槽部位的外圓直徑為38 mm，長徑比為15∶1，徑向油槽(均布4條)沿軸向長度為472 mm，徑向最深處為6.64 mm，每條徑向油槽由6條線段組成，每段線段與零件軸線構成一定的夾角，槽底與零件回轉中心的尺寸公差為±0.05 mm，槽寬公差為±0.02 mm。在加工中心上選用大直徑T型銑刀對試加工件徑向油槽進行粗、精加工，零件受切削力影響發生彎曲變形，尺寸合格率不到35.2%。

1 工藝流程改進

通過零件在立式加工中心試件加工工藝分析可知，零件在加工徑向油槽時，采用一夾一頂浮動支承的裝夾方式，優化徑向油槽加工流程，選用精密的高速銑削加工設備可有效提高零件尺寸穩定性。工藝流程：領料→分工→車工→車工→車工→鉗工→鉗工→熱處理→車工→磨工→坐標磨→回火→成檢→防護入庫。熱處理前，加工外圓、內孔、螺紋、徑向孔等。熱處理后，磨削零件外圓作為徑向油槽加工的定位基準；在加工中心采用T型銑刀對徑向油槽粗加工，槽底預留余量0.3 mm，槽側預留余量0.2 mm；坐標磨床進行輪廓精加工，保證槽底、槽側尺寸和表面粗糙度要求。徑向油槽尺寸圖如圖2所示。

2 S45數控坐標磨床徑向油槽銑削

2.1 S45數控坐標磨床

S45數控坐標磨床是一臺多功能的五軸數控設備，機床附件有數控分度盤、尾座、電動和氣動磨頭、4 500～80 000 r/min電動磨頭、100 000～160 000 r/min氣動磨頭。S45數控坐標磨床為連續軌跡數控坐標磨床，可實現任意五軸聯動功能，其坐標系與普通數控設備相同，遵循右手笛卡爾定則：直線坐標為X軸、Y軸、Z軸；旋轉坐標為A軸；附加坐標為U軸、W軸(見圖3)[2-4]。加工時，采用該設備高轉速及X、Y、Z軸的聯動功能，先將機床主軸與行星輪機構偏距設置為0，并鎖死主軸，將工件夾持在工作臺上(見圖4)，T型銑刀直接安裝于電動磨頭錐柄內進行加工，刀具轉速設置為9 000 r/min。

2.2 徑向油槽銑削原理

S45數控坐標磨床加工孔時，主軸旋轉帶動行星輪部件繞主軸進行行星輪運動，行星輪部件上的磨頭帶動刀具(如砂輪)自轉，刀具繞主軸公轉。調

整設備U軸偏心量，可在一定直徑范圍內實現孔、槽加工。油針徑向油槽輪廓加工時，應保證刀具與零件加工部位連續接觸，即刀具為非行星輪運動。為此，應關閉行星運動功能，否則刀具公轉1圈才與零件接觸1次，不能形成連續的切削運動。關閉行星運動后，磨頭與主軸存在偏心，直接按數控程序進行輪廓銑削加工，磨頭的運動軌跡與程序要求的軌跡無法保持一致，加工的輪廓軌跡必然不正確。

S45數控坐標磨床的行星隨動功能開啟指令：G41.1(向左自動跟蹤邊界)和G42.1(向右自動跟蹤邊界)。行星隨動的原理：刀具(如砂輪)在銑削加工時，隨行星輪裝置自動旋轉。當運動軌跡方向發生改變時(見圖5)，系統自動調整砂輪位置，并消除磨頭與主軸偏心造成的磨頭運動軌跡與程序軌跡不一致問題，確保刀具始終與零件加工面保持接觸。

3 工件輪廓加工

S45數控坐標磨床輪廓加工指令為G140，加工原理與加工中心相似，依靠基本的直線、圓弧指令驅

動機床運動。而坐標磨床優于加工中心的方面在于使用G140功能后，機床能夠自動計算出留有加工余量后的機床運動軌跡，在每次運動軌跡走完后，按設定的進刀量進行自動進刀，并能夠在進刀后重新計算本次加工的軌跡(見圖6)，直到將全部余量加工完。

3.1 數控程序設計

S45數控坐標磨床使用的NC代碼不完全等同于加工中心的代碼，在編程時不可直接使用CAM編程軟件后置處理的程序代碼，但可對刀具軌跡運動部分的程序代碼進行手工編輯，啟用S45識別功能，讀取NC代碼，驅動機床按正確的方式進行運行(或根據S45數控坐標磨床編程說明書定制專用后處理，直接生成上機程序)。主要運動軌跡代碼可以借助CAM編程軟件生成，具體編程步驟如下(以UG軟件進行講解)[5]：1)打開UG軟件，導入模型，進入加工模塊，創建加工坐標系MCS(見圖7)；2)創建加工邊界：進入建模狀態，抽取徑向油槽在XY平面的相交線；3)選擇加工坐標系、刀具、幾何體、毛坯；4)設置部件邊界：選擇徑向油槽與XY平面生成的相交線。設置完成，采用公制三軸后置處理生成刀軌程序代碼。

3.2 程序特殊功能指令添加

在輪廓加工循環開始及結束部分，分別添加指令G140及M140，設置行星隨動功能指令G42.1，完善后的NC代碼如下[6-9]：

G200 設定缺省G功能代碼

G54 坐標系選擇

T1 砂輪選擇

M44 S9000 砂輪轉速設定

G00 X467.589 Y-55. 初始位置

G111 W0W軸移動到0點

M03 砂輪轉

G140 R1 輪廓加工開始(1)

G01 G41 G42.1 X512. F300. 砂輪左補償(2)，向右自動跟蹤邊界[10-11]

Y-12.36

X350.61

G03 X349.99 Y-12.362 I0.0 J-100.

G01 X250.9 Y-12.976

……

G03 X24.493 Y-21.328 I0.0 J-40.

G1 G40 G40.1 Y-55. F300.

G0 X467.

M140 輪廓加工結束

M5

G200

M2

3.3 S45數控坐標磨床參數設定

數控程序導入S45數控坐標磨床后，應設置相應的機床參數，方可驅動NC代碼進行輪廓加工，完成零件徑向油槽銑削。

1)G140輪廓加工指令參數設置。

打開機床G140代碼參數界面(見圖8)，設置如下參數：K為零件加工余量，V為每次進刀的切削深度，D為清磨次數。設置完成后，運行程序，設備按運動軌跡自行進行的計算和進、退刀。

2)砂輪參數設置。

打開砂輪參數設置界面(見圖9)，設定砂輪編號T及砂輪直徑K(若為銑刀，就是銑刀的刀具號和直徑值)。程序運行時，才能調用正確的刀具，按程序進行輪廓銑削。

4 結語

油針在起落架機構油氣式緩沖系統中作用重大，其徑向油槽加工質量的好壞，直接影響到整個起落架緩沖系統的穩定性。本文針對油針工藝件徑向油槽加工的工藝難點，提出了合理的工藝流程。在對S45數控坐標磨床加工原理、編程思路進行闡述的基礎上，開展了輪廓加工應用研究，提出采用S45數控坐標磨床輪廓銑削優化功能進行徑向油槽銑削加工，能穩定加工出合格產品，解決了某型號油針徑向油槽的加工難題，也為起落架油針類零件徑向油槽高精加工提供了一種加工方案。本文案例也為技術人員在高效使用S45數控坐標磨床方面提供了技術參考。