定載釋放接頭四軸加工

許鋒國， 郭輝， 田輝， 毛俊超

（中航飛機股份有限公司長沙起落架分公司，陜西漢中723000）

0 引言

通常四軸數(shù)控機床是在三軸數(shù)控系統(tǒng)支持A軸（或B軸）情況下，通過設備功能擴展，采購配備部件A軸或B軸，實現(xiàn)四軸聯(lián)動的功能。功能拓展后的機床，能在一次裝夾定位情況下完成多型面加工，可有效提高工件加工精度和生產效率。特別是加工過程零件的多姿態(tài)，在一定程度上避免了刀具的干涉、欠切或過切。與普通三軸加工中心相比，四軸數(shù)控機床可以獲得更優(yōu)質的表面質量，更高的切削速度，使進給、切削速度顯著提升。對于典型圓柱面、球面等結構部位半精、精加工，采用手工編程配合四軸數(shù)控機床的數(shù)控加工，可在效率與質量方面帶來意想不到的驚喜。

1 工藝分析

圖1 工件尺寸簡圖

定載釋放接頭為飛機起落架某一受力部件，材料牌號：A100，工件近似啞鈴結構，中間槽寬為50±0.1 mm，中部轉接R11，側壁根部R2，U型槽表面粗糙度Ra1.6，圓柱體兩端有60°錐孔。工件大致工藝流程為：熱前加工外圓到φ40.5 mm，長80 mm，粗銑U型槽，側壁及U型槽留0.5 mm余量；真空熱處理；熱后精修兩端60°錐面，加工前找正外圓跳動量不大于0.05 mm，兩頂磨工件外圓至40 mm，一夾一頂在加工中心銑U型槽及C型側壁。2 四軸曲面加工

一般情況下，對幾何形狀規(guī)則、結構簡單的零件，比較適合手工編程。雖然國外文獻資料統(tǒng)計表明，采用手工編程的編程時間與其在機床上運行的加工時間比，約為30:1，編程速度緩慢，但手工編程刀軌整潔廢棄刀路少，省略了很多空走刀，最大地優(yōu)化了加工路徑。

3 手工編程

CIMCO Edit是CIMCO軟件公司研發(fā)的一款數(shù)控編程仿真的專業(yè)軟件，有強大而實用的數(shù)控編輯功能、刀位軌跡的三維模擬、DNC傳輸、文件的智能比較等功能。定載釋放接頭四軸手工編程借助CIMCO Edit v7.5進行編輯與刀軌仿真。主要利用宏程序功能語句。常用功能語句主要有：無條件轉移(GOTO)語句；條件轉移(IF)語句；循環(huán)(WHILE)語句。其中循環(huán)(WHILE)語句是在WHILE后指定一條件表達式（如表1中常用到的比較運算符），當條件滿足時，執(zhí)行DO到END之間的NC程序(然后返回到WHILE重新判斷條件)，不滿足則執(zhí)行END后的下一程序NC段。

格式為：WHILE[條件式]DOm(m=1，2，3循環(huán)執(zhí)行范圍的識別號)；END m；其中m只能是1、2和3（只能有3層嵌套），否則系統(tǒng)報警。DO—END循環(huán)能夠按需要使用多次嵌套循環(huán)。

根據工件結構特點，熱前粗加工C型側壁、U型面，余量均留0.5 mm，熱處理后進行精加工。以下為定載釋放接頭采用WHILE—DO循環(huán)編程的粗、精加工NC代碼。

表1 比較、邏輯運算符

3.1 工件粗加工程序

O001 M98 P1 T22 M06#20=10 G0 G40 G54 X-54.5 Y-30.M3 S3000 A0.Z30.#1=19.5(從R20到R11下刀起始深度，0.5精加工余量）#2=11.(從R20到R11下刀終止深度）WHILE[#1GE#2]DO2#4=SQRT[20*20-#1*#1]+10(R20到R11深度每刀Y軸尺寸）G1 X-54.5 Y-#4.G1Y#4 F3000 Z#1 Y0.A180.Y#4#10=-54. (每層X軸尺寸起刀點側璧留余量0.5）#11=-25.5(每層X軸尺寸結束點）WHILE[#10 LE#11]DO1 G1 X#10(A 軸 0°～180°，X 軸尺寸）Y0.A180.(A 軸 0°～180°）Y-#4 G1X[#10+0.5]F500(X軸移刀0.5，A 軸 180°～0°）Y0 A0(A 軸 0°～180°）Y#4#10=#10+1(X軸往復一次移刀1 mm）END1#1=#1-1(R20到R11每層刀下1 mm）END2 G0 Z20.M98 P1 M30

3.2 工件精加工程序

O002 M98 P1 T22 M06#20=10(刀具半徑10)G0 G40 G54 X-25 Y30.M3 S3000 A0.Z30.#1=19.(X15側璧精加工Z19起刀）#2=11.(X15側璧精加工Z11終止）WHILE[#1GE#2]DO1#3=#1+0.5#4=SQRT[20*20-#3*#3]+10(Z軸深度每刀Y軸尺寸）G1Y#4 F3000 Z#3 Y0.A180.(A 軸 0°～180°）#5=SQRT[20*20-#1*#1]+10(Z軸深度每刀Y軸尺寸）Y-#5 Z#1 Y0 A0(A 軸 180°～0°）#1=#1-1 END1 Y#5 Z30.G0 G40 G54 X-55.Y30.M3 S3000 A0.#1=19.(X65側璧精加工Z19起刀）#2=11.(X15側璧精加工Z11終止）WHILE[#1GE#2]DO1#3=#1+0.5#4=SQRT[20*20-#3*#3]+10(Z軸深度每刀Y軸尺寸）G1Y#4 F3000 Z#3 Y0.

A180.(A 軸 0°～180°）#5=SQRT[20*20-#1*#1]+10(Z軸深度每刀Y軸尺寸）Y-#5 Z#1 Y0 A0(A 軸 180°～0°）#1=#1-1 END1 G1 Y#5#10=-53.5（R11精加工X軸起點）#11=-25.5（R11精加工X軸終點）WHILE[#10 LE#11]DO1 G1 X[#10-0.5]（X軸往復一次移動1 mm）Y0.A180.Y-#5 G1X#10 F500 Y0 A0 Y#5#10=#10+1 END1 G1 Y#5 G0 Z20.M98 P1 M30

圖2 O001程序粗加工仿真刀軌

圖3 O002程序精加工仿真刀軌

打開CIMCO Edit v7.5軟件，在主菜單“編輯器”菜單欄，點擊“打開”操作，選取仿真NC程序段，切換到“仿真”菜單欄，點擊“窗口文件仿真”，視圖窗口若僅有單條軌跡或錯誤刀軌時，默認機床控制器可能選擇有誤或是未啟用4/5-Axis仿真功能。繼續(xù)點擊“仿真”菜單欄中的“設置”或主菜單中“其他”的彈出式菜單，按圖4選擇控制器類型“Fanuc銑床”，勾選“啟用4/5-Axis仿真”選項。其中控制器類型需按實際加工機床為準。

圖4 CIMCO Edit v7.5仿真菜單設置

加載仿真文件后，點擊“窗口文件仿真”依次仿真O001、O002程序，目視觀察,刀軌與零件外觀結構吻合。

4 UG可變輪廓銑加工

為進一步彰顯手工編程在規(guī)則曲面方面的魅力和高效性，僅對工件U型面采用UG軟件進行精加工編程，并進行程序分析和對比。打開“可變軸輪廓銑”，按以下順序進行設置：a.“指定部件”選擇工件，“指定檢查”選工件U區(qū)域兩C型側壁，并將“檢查安全距離”設置為零，防止跳刀；b.在“驅動方法”→“方法”→“曲面”→“指定驅動幾何體”中，依次選取U型的3個曲面；c.根據實際情況依次設置“切削方向”、“切削模式”、“步距”→“切削模式”→選擇“往復”，部分參數(shù)選取可參照表2。d.“投影矢量”→選擇“朝向驅動體”，刀具選取D20R2；e.“刀軸”→“軸”→選取“4軸，垂直于驅動體”，其中旋轉軸默認。其余參數(shù)，如機床主軸轉速可設S=3000，F(xiàn)=250或是保持默認。

表2 刀路數(shù)為80時弧長、粗糙度值

5 結 語

將UG軟件生成的C型側壁、U型曲面程序及手工編程程序加載在Vericut 7.0中依次進行切削模擬仿真（如圖5），通過“自動→比較”功能的過切、殘留檢查，發(fā)現(xiàn)程序均無過切碰撞，且工件余量按0.1 mm分析比較時，也均無殘留。但手工編程的O002程序僅有4.0 kB，UG軟件生成的程序28.5 kB。對比分析兩程序文件內容可知：UG軟件生成的程序主要以直線差補為主，每次刀路不具有均勻偏置的特點，刀軌流暢性較手工編程程序差。

圖5 四軸刀軌及vericut數(shù)控仿真

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