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(chǎn)品零部件上，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)斜孔、斜面和斜槽等加工特征，機(jī)床需要配備角度銑頭實(shí)現(xiàn)角度變化才能加工，在編程、對(duì)刀和測(cè)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(jù)實(shí)際情況給予解決和改善，提高了工作的準(zhǔn)確性和效率。

一、引言

大型數(shù)控銑鏜床一般都配備數(shù)控鏜銑頭，有直角角度銑頭、可調(diào)角度銑頭、萬(wàn)能角度銑頭和伸長(zhǎng)銑頭等，可方便調(diào)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(guò)大的情況，而選用調(diào)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(dá) 11m，大型卸料端端蓋上總共加工 540個(gè)孔的情況下，如果不考慮刀具、編程和機(jī)床的結(jié)構(gòu)問(wèn)題，加工效率會(huì)大大降低。

二、工作準(zhǔn)備

1.任務(wù)描述

卸料端端蓋（圖 1）為鑄鋼材料，凈重 26，356kg，最大直徑達(dá) 10，922mm。其上共有 252個(gè)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(dòng)式數(shù)控龍門鏜銑床，工作臺(tái)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(tái)縱向（ X）向行程 18m。特別適用于零件本身重量大，工件長(zhǎng)度較長(zhǎng)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(shù)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(dòng)連續(xù)的完成 5個(gè)面上的銑、鏜、鉆、擴(kuò)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(gè)整體，考慮到直徑太大，超過(guò)機(jī)床立柱間距，拆開(kāi)兩部分，分別加工其上各孔。同時(shí)由于工件太大，不能傾斜裝夾加工斜孔，所以機(jī)床要配備數(shù)控萬(wàn)能角銑頭。

2.制定加工工藝

該零件大致經(jīng)過(guò)如下工序過(guò)程：劃線→粗加工 90°結(jié)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(jié)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(nèi)錐面向上順工作臺(tái)平放（圖 2）按結(jié)合面及法蘭上端面（A—A剖右端面）找正，按內(nèi)孔定心，精度 0.1mm，按程序完成各孔的加工。

圖 2 工藝簡(jiǎn)圖

3.刀具的正確選用

該零件上孔的數(shù)量太多，工件材料為鑄鋼材質(zhì)，有很高的硬度，如果選用普通麻花鉆，鉆削速度會(huì)受到限制，同時(shí)對(duì)鉆頭的刃磨質(zhì)量提出很高的要求，鉆削效率會(huì)大大降低。所以選用目前較為先進(jìn)的內(nèi)冷式機(jī)夾刀片淺孔鉆（圖 3），也稱為U鉆，刀桿可重復(fù)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(shí)裝有內(nèi)冷裝置，鉆孔時(shí)，U鉆切削液從刀具內(nèi)部噴出，在冷卻刀具的同時(shí)，還有助于排出切屑。

4.工件裝夾與安裝

受機(jī)床寬度的影響，需要將工件拆開(kāi)成兩部分，平放在工作臺(tái)上，邊緣處放墊鐵，并拉表找正。工件坐標(biāo)系設(shè)在工件的邊緣處， Z向零點(diǎn)設(shè)在距離工件上表面1，389.317mm處，符合圖樣的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，如圖 2所示。

圖3 U鉆

5.調(diào)整銑頭

機(jī)床上裝 N0.5萬(wàn)能角銑頭，角銑頭有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸 B和 C，為了準(zhǔn)確編程完成鉆孔任務(wù)，讓 B和 C軸中心交點(diǎn)與工件坐標(biāo)系原點(diǎn)重合，才能準(zhǔn)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(guò)程為裝萬(wàn)能角銑頭，并安裝靠棒，將銑頭調(diào)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(duì)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(cè)移銑頭， Z軸負(fù)向移動(dòng) 70mm，并將相對(duì)坐標(biāo)系中 Z置零。

（a）（b）

圖 4 萬(wàn)能銑頭確定回轉(zhuǎn)中心

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

三、編程

1.編程指令

（1）可編程的零點(diǎn)偏移指令 TRANS、ATRANS。TRANS為絕對(duì)編程零位偏置，參考基準(zhǔn)是當(dāng)前設(shè)定的有效工件零位，即使用 G54～G599中設(shè)定的工件坐標(biāo)系。而 ATRANS附加可編程零位偏置，參考基準(zhǔn)為當(dāng)前設(shè)定的或最后編程的有效工件零位，該零位也可以是通過(guò)指令TRANS偏置的零位。加工大型零件時(shí)，常用該指令實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系的平移，后面直接跟 X、Y、Z方向的平移量。

（2）可編程旋轉(zhuǎn) ROT、AROT。對(duì)于某些圍繞中心旋轉(zhuǎn)得到的特殊輪廓形狀，如果根據(jù)旋轉(zhuǎn)后的實(shí)際加工軌跡進(jìn)行編程，就會(huì)使坐標(biāo)值計(jì)算的工作量大大增加，而通過(guò)坐標(biāo)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)功能，可以大大減少編程計(jì)算的工作量。ROT絕對(duì)可編程零位旋轉(zhuǎn)，參考基準(zhǔn)為 G54～G599指令建立的工件坐標(biāo)系零位。而 AROT附加可編程零位旋轉(zhuǎn)，參考基準(zhǔn)為當(dāng)前有效的設(shè)置或編程的零點(diǎn)。指令后跟旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角度，大型機(jī)床上，加工斜面、斜槽和斜孔時(shí)常用該指令完成。

2.編寫程序

程序名必須以 2個(gè)英文字母開(kāi)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(shí)角度的附加量，在 R1的基礎(chǔ)上附加 90°； R0為水平尺寸轉(zhuǎn)換為錐面尺寸的轉(zhuǎn)換量；首先調(diào)整銑頭角度， B軸轉(zhuǎn)過(guò) 15度，與孔的角度一致，再繞 C軸轉(zhuǎn)過(guò)要加工某排孔的角度；其次調(diào)整坐標(biāo)平面的角度，先繞 Z軸水平旋轉(zhuǎn) R1所賦的角度，再繞 Y軸旋轉(zhuǎn) 15度，坐標(biāo)平面與刀具軸線垂直，最后坐標(biāo)系平面向上平移刀長(zhǎng)距離，以使鉆孔深度不受刀具長(zhǎng)度影響，如果有刀具長(zhǎng)度的變化，可以在刀具長(zhǎng)度補(bǔ)長(zhǎng)表中輸入刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償值；最后編程如下。

四、結(jié)語(yǔ)

加工數(shù)量較多的斜孔時(shí)，除了選用合適的機(jī)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(jìn)的內(nèi)冷式機(jī)夾刀片淺孔鉆，鉆削時(shí)切屑會(huì)被切削液反向沖出，飛出很遠(yuǎn)，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(jié)果如圖 5所示。