基于数控龙门镗铣床异形孔产品加工

■包头铁道职业技术学院 （内蒙古 014060） 闫福明 刘德勇

动车零件电动机横梁长3m、宽1m且厚0.07m（如图1所示），材料为铸造铝合金，重量32.6kg，属异形件，壁薄，弧形较长，易变形。加工部位是上下圆弧双耳面上的通孔（14mm×6mm×21mm），5对异形孔中心线与对称轴分别成0°、±5°和±10°。技术要求其表面粗糙度Ra=1.6μm，位置度0.2mm。

图1

1.加工设备选型

此零件0°、±5°和±10°侧面异形孔组需一次装夹定位加工，常规的卧式数控龙门镗铣床无法实现在水平面转角。

经调研，采用某公司新开发的GMC2040r2数控龙门镗铣床机床（数控系统为西门子840D）可以实现这一功能。机床有立、卧主轴转换的主轴头，可实现工件一次装夹进行五面体加工，确保了被加工零件的各面、孔之间的加工精度。主轴头与方滑枕通过精密端齿盘定位，可分度回转，卧主轴水平面偏心转角5°×72分度转位，实现水平孔系及各面加工，立主轴可实现垂直孔系及第5面加工。

图2 加工X轴负半轴变量R（左265°、右260°）

图3 加工265°（左）、260°（右）位置孔

2.加工工艺分析

（1）确定工件坐标系及夹紧定位方式。沿工件长度3m方向，中间二爪侧面水平方向设为X轴；沿工件宽度1m方向，以工件左右对称轴为Y轴；沿工件厚度0.07m方向定为Z轴，工件厚度中心面为Z轴零点建立工件坐标系，坐标XOY平面为水平面。

工件平放用4件400mm等高铸铁方箱支撑铸件底模成型面，采用螺旋夹紧机构（准备12根长180mm的M16螺杆，6块厚30mm快换异形压板）；爪部用4套等高专用夹具定位夹紧；孔加工刀具选用φ14mm键槽高速钢铣刀。

（2）卧主轴水平面偏心转角规定。转角0°为卧主轴平行于X坐标轴且刀具朝着X轴负方向；卧主轴与立主轴异面垂直且相距150mm；以立主轴为旋转中心，顺时针方向角度逐渐增加；依次加工260°、265°、270°、275°和280°位置。

指令格式：L01（265），表示主轴箱以立主轴为旋转中心，顺时针方向转到265°绝对位置，即卧主轴水平面偏心转到265°。

（3）刀具刀位点坐标改变。卧主轴在水平面偏心转角时，刀具的刀位点坐标发生变化，同时随着卧主轴水平转角的大小不同，刀具刀位点位置坐标的变化量也不同，刀具刀位点的坐标与原工件坐标系脱离了关系，这给数控加工编程带来了困难。

3.数控编程

卧主轴在水平面偏心转角时，刀具刀位点位置的变化量用变量R表示。加工X轴负半轴变量R用R1～R4，加工X轴正半轴变量R用R5～R8。

（1）首次对刀编程。卧主轴在水平面转到270°时，在XOY平面Y向对刀，当刀长为298.75mm时，计算R1～R8变量，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（如图2、图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（如图2、图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（此处刀具刀位点的坐标正常，不叠加）：

L01（270）；

Z60（加工270°上孔）；……；

Z－60（加工270°下孔）；……

接着加工275°位置孔（如图4、图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（如图4、图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）再次对刀分析。生产过程中刀具磨损或损坏，需要取下重新刃磨或更换新刀具，刀具长度发生变化，变量R也随之改变。

加工通孔更换刀具后，刀具能完成并超出通孔加工深度，就不需重新对刀，省去了卧主轴对刀过程；如果刀具不能完成，需重新对刀，重新计算。

加工盲孔更换刀具后，必需重新对刀，重新计算变量R，否则影响被加工孔的深度。

图4 加工X轴正半轴变量R（左280°、右275°）

图5 加工275°（上）、280°（下）位置孔

4.坐标叠加规律

刀具刀位点的坐标与原工件坐标叠加，变量R1～R8正负号具有一定规律。加工X轴负半轴，规律如下：

5.结语

生产实践证明，用GMC2040r2数控龙门镗铣床加工有异形孔组的电动机横梁产品，采用坐标叠加计算方法，解决了加工编程难题，提高了零件加工精度及生产效率，取得了较好的经济效益。