半閉環(huán)數(shù)控銑床銑削加工高精度圓分段式加工方法

北方信息控制集團(tuán)有限公司 （山西晉中 030600） 左 鋒 趙 江 霍一敏

1. 數(shù)控銑床加工零件情況

數(shù)控銑床的加工功能很強(qiáng)，能完成各種平面、溝槽、成型表面及空間曲線復(fù)雜型面的加工，當(dāng)然圓盤類零件的加工也可以方便地在數(shù)控銑床上實(shí)現(xiàn)。數(shù)控銑床的加工精度是機(jī)床很重要的一項(xiàng)指標(biāo)，在使用兩坐標(biāo)聯(lián)動數(shù)控銑床加工圓盤狀（或孔系類）零件時(shí)，在XY軸轉(zhuǎn)換部位經(jīng)常會出現(xiàn)明顯的刀痕，有時(shí)刀痕深度可達(dá)0.07～0.20mm，如圖1a所示；或產(chǎn)生不規(guī)則的圓度誤差（經(jīng)常在大直徑圓弧段中出現(xiàn)），如圖1b所示。

對于圖1a所示情況，數(shù)控銑床的絲杠性能、系統(tǒng)的質(zhì)量及運(yùn)動的摩擦和進(jìn)給阻力都是要考慮的，只要合理選擇或調(diào)整都可將加工誤差降至最小。數(shù)控銑床加工零件存在誤差不可避免，而且引起誤差的因素有很多，比如加工速度、機(jī)械結(jié)構(gòu)等。筆者結(jié)合自己的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，主要針對圖1b所示現(xiàn)象，對數(shù)控銑床（或加工中心）高精度大直徑孔系類零件的加工工藝進(jìn)行探討。

2. 針對數(shù)控機(jī)床工作原理的分析

在輪廓加工中，刀具軌跡必須嚴(yán)格、準(zhǔn)確地按零件輪廓曲線運(yùn)動。插補(bǔ)運(yùn)算的任務(wù)就是在已知加工軌跡曲線的起點(diǎn)和終點(diǎn)間進(jìn)行“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化”。插補(bǔ)是在每個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)，根據(jù)指令、進(jìn)給速度計(jì)算出一個(gè)微小直線段的數(shù)據(jù)，刀具沿著微小直線段運(yùn)動，經(jīng)過若干個(gè)插補(bǔ)周期后，刀具從起點(diǎn)運(yùn)動到終點(diǎn)，完成這段輪廓的加工。

數(shù)控銑床（主要指半閉環(huán)伺服系統(tǒng)）進(jìn)行圓弧插補(bǔ)運(yùn)動時(shí)，系統(tǒng)只對圓弧的起點(diǎn)和終點(diǎn)進(jìn)行位置檢測，而起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的所有圓弧上的點(diǎn)，都只靠系統(tǒng)的插補(bǔ)運(yùn)算來控制，沒有位置檢測，再加上機(jī)床工作臺運(yùn)動相對于插補(bǔ)指令的滯后，一定會產(chǎn)生機(jī)床運(yùn)動軌跡的偏差。圓弧段越長，偏差越大，而整圓的圓弧段最長，所以整圓的偏差值最大。機(jī)床的機(jī)械精度對圓弧加工有重大影響。進(jìn)給速度對圓的精度也有影響，進(jìn)給速度越快，跟隨誤差也越大。

圖 1

3. 基于MasterCAM的探討

Master CAM是美國CNC Software NC公司開發(fā)的基于PC平臺的計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)軟件。該軟件在二維輪廓、孔加工和三維曲面等加工方面能產(chǎn)生符合機(jī)床的自動加工代碼，由于數(shù)控系統(tǒng)只對圓弧的起點(diǎn)和終點(diǎn)進(jìn)行位置檢測，基于MasterCAM軟件強(qiáng)大的二維繪圖和加工特點(diǎn)，我們可以把整圓人為地均分成若干圓弧段來進(jìn)行加工，如圖2所示。這樣就可以增加位置檢測點(diǎn)，從而提高整圓的精度。均分段數(shù)應(yīng)為4的整倍數(shù)。另外還應(yīng)注意，精銑時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低進(jìn)給速度。

圖3所示為整圓加工改進(jìn)后與改進(jìn)前的刀具軌跡對比圖。

圖 3

4. 加工實(shí)例

經(jīng)過上述技術(shù)方案改進(jìn)后，在實(shí)際加工案例（見圖4）中，通過將這兩種零件的φ140h6外圓和φ160H7內(nèi)孔在MasterCAM制圖時(shí)全部打斷為20段，粗銑后留余量0.5mm，用φ12mm立銑刀精銑，進(jìn)給速度f=500mm/min，程序?yàn)?0段圓弧加工后，經(jīng)檢測，φ140h6外圓實(shí)測為φ139.99mm，圓度誤差≤0.01mm，φ160H7內(nèi)孔實(shí)測為φ160.02mm，圓度誤差≤0.015mm。經(jīng)過改進(jìn)后的方法比原方法加工的零件尺寸精度高，表面質(zhì)量好，能夠滿足圖樣要求。

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圖 4