S45數(shù)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(zé)任公司，陜西 漢中 723200)

起落架控制系統(tǒng)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(tǒng)。半主動控制起落架的顯著特點是增加了一個可根據(jù)需要隨時改變油孔面積的變油孔緩沖器。根據(jù)需要隨時調(diào)節(jié)油針桿在起落架機構(gòu)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(gòu)成一定的夾角，槽底與零件回轉(zhuǎn)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(fā)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(yōu)化徑向油槽加工流程，選用精密的高速銑削加工設(shè)備可有效提高零件尺寸穩(wěn)定性。工藝流程：領(lǐng)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(nèi)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(yù)留余量0.3 mm，槽側(cè)預(yù)留余量0.2 mm；坐標磨床進行輪廓精加工，保證槽底、槽側(cè)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(shù)控坐標磨床徑向油槽銑削

2.1 S45數(shù)控坐標磨床

S45數(shù)控坐標磨床是一臺多功能的五軸數(shù)控設(shè)備，機床附件有數(shù)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(shù)控坐標磨床為連續(xù)軌跡數(shù)控坐標磨床，可實現(xiàn)任意五軸聯(lián)動功能，其坐標系與普通數(shù)控設(shè)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(zhuǎn)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(shè)備高轉(zhuǎn)速及X、Y、Z軸的聯(lián)動功能，先將機床主軸與行星輪機構(gòu)偏距設(shè)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(nèi)進行加工，刀具轉(zhuǎn)速設(shè)置為9 000 r/min。

2.2 徑向油槽銑削原理

S45數(shù)控坐標磨床加工孔時，主軸旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，刀具繞主軸公轉(zhuǎn)。調(diào)

整設(shè)備U軸偏心量，可在一定直徑范圍內(nèi)實現(xiàn)孔、槽加工。油針徑向油槽輪廓加工時，應(yīng)保證刀具與零件加工部位連續(xù)接觸，即刀具為非行星輪運動。為此，應(yīng)關(guān)閉行星運動功能，否則刀具公轉(zhuǎn)1圈才與零件接觸1次，不能形成連續(xù)的切削運動。關(guān)閉行星運動后，磨頭與主軸存在偏心，直接按數(shù)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(shù)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(zhuǎn)。當運動軌跡方向發(fā)生改變時(見圖5)，系統(tǒng)自動調(diào)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(shù)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(qū)

動機床運動。而坐標磨床優(yōu)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(shè)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(shù)控程序設(shè)計

S45數(shù)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(qū)動機床按正確的方式進行運行(或根據(jù)S45數(shù)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(dǎo)入模型，進入加工模塊，創(chuàng)建加工坐標系MCS(見圖7)；2)創(chuàng)建加工邊界：進入建模狀態(tài)，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(shè)置部件邊界：選擇徑向油槽與XY平面生成的相交線。設(shè)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(huán)開始及結(jié)束部分，分別添加指令G140及M140，設(shè)置行星隨動功能指令G42.1，完善后的NC代碼如下[6-9]：

G200 設(shè)定缺省G功能代碼

G54 坐標系選擇

T1 砂輪選擇

M44 S9000 砂輪轉(zhuǎn)速設(shè)定

G00 X467.589 Y-55. 初始位置

G111 W0W軸移動到0點

M03 砂輪轉(zhuǎn)

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(jié)束

M5

G200

M2

3.3 S45數(shù)控坐標磨床參數(shù)設(shè)定

數(shù)控程序?qū)隨45數(shù)控坐標磨床后，應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的機床參數(shù)，方可驅(qū)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(shù)設(shè)置。

打開機床G140代碼參數(shù)界面(見圖8)，設(shè)置如下參數(shù)：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(shù)。設(shè)置完成后，運行程序，設(shè)備按運動軌跡自行進行的計算和進、退刀。

2)砂輪參數(shù)設(shè)置。

打開砂輪參數(shù)設(shè)置界面(見圖9)，設(shè)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(diào)用正確的刀具，按程序進行輪廓銑削。

4 結(jié)語

油針在起落架機構(gòu)油氣式緩沖系統(tǒng)中作用重大，其徑向油槽加工質(zhì)量的好壞，直接影響到整個起落架緩沖系統(tǒng)的穩(wěn)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(shù)控坐標磨床加工原理、編程思路進行闡述的基礎(chǔ)上，開展了輪廓加工應(yīng)用研究，提出采用S45數(shù)控坐標磨床輪廓銑削優(yōu)化功能進行徑向油槽銑削加工，能穩(wěn)定加工出合格產(chǎn)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(shù)人員在高效使用S45數(shù)控坐標磨床方面提供了技術(shù)參考。