一種多主軸數(shù)控深孔機(jī)床鉆孔加工方法和宏程序

盧傳杰 李 凱 劉小超 王加祥

（1.德州德?。瘓F(tuán)）機(jī)床有限責(zé)任公司，德州 253000；2.山東省機(jī)械設(shè)計(jì)研究院，濟(jì)南 250031；3.山東省高檔數(shù)控機(jī)床技術(shù)創(chuàng)新中心，濟(jì)南 250031）

造紙機(jī)械設(shè)備上的真空伏輥、壓榨輥等輥體為大型環(huán)形圓柱形工件，輥體直徑為500 ～2 000 mm，長(zhǎng)度為3 500 ～8 000 mm，壁厚不大于120 mm。工件圓柱表面徑向深孔的加工，見圖1、圖2 和圖3。鉆孔直徑為3 ～12 mm，鉆孔長(zhǎng)徑比為40 ∶1。多達(dá)40 萬個(gè)徑向深孔的加工需要通過高效的加工設(shè)備、加工方法和加工程序完成。

圖2 工件局部實(shí)物圖

圖3 工件實(shí)物圖

零件的徑向鉆孔按螺旋線分布，具有一定的規(guī)律性。為實(shí)現(xiàn)高效加工，必須采用高效的加工設(shè)備、控制方法和加工程序。

1 加工設(shè)備的選取和加工方法分析

為實(shí)現(xiàn)造紙機(jī)輥體徑向鉆孔的高效高精度加工，采用56 個(gè)主軸結(jié)構(gòu)的槍鉆數(shù)控深孔鉆床。機(jī)床具備X軸、Z軸和C軸3 個(gè)坐標(biāo)伺服軸，其中X軸控制刀具橫向移動(dòng)，Z軸控制刀具的縱向進(jìn)給切削，C軸控制工件的旋轉(zhuǎn)分度。3 個(gè)坐標(biāo)伺服軸綜合完成該類型工件坐標(biāo)位置的定位。56 個(gè)主軸控制56 支槍鉆刀具的同時(shí)旋轉(zhuǎn)切削，完成造紙輥體圓周表面徑向深孔的高效加工。

加工步驟如下：

（1）利用機(jī)床床頭箱和尾座將工件兩端支撐固定；

（2）刀具設(shè)定好坐標(biāo)零點(diǎn)；

（3）開啟冷卻系統(tǒng)的高壓泵組；

（4）開啟鉆桿主軸電機(jī)，驅(qū)動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)；

（5）開啟Z軸雙伺服同步進(jìn)給系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)刀具進(jìn)給，在鉆削完第1 組的56 個(gè)孔后，床頭箱驅(qū)動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)某一角度N，鉆削第2 組的56 個(gè)孔，如此重復(fù)，工件旋轉(zhuǎn)一周后，鉆削完成工件上第1 段長(zhǎng)度上所有的孔；

（6）鉆削完同一截面內(nèi)的孔后，X向（工件軸向）移動(dòng)某一間距鉆削工件第2 段長(zhǎng)度上的孔，床頭箱驅(qū)動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)某一角度S，然后在該截面內(nèi)重復(fù)加工步驟，直到加工完該截面內(nèi)所有的孔；

（7）按步驟（5）和步驟（6）描述加工完56 個(gè)主軸間距A內(nèi)的所有孔后，加工結(jié)束。

采用槍鉆法加工方式的多主軸數(shù)控深孔鉆床，可一次性同步加工56 個(gè)長(zhǎng)徑比為40 ∶1 的小直徑深孔，孔徑精度IT7，粗糙度R0.4 μm，大幅提高了造紙機(jī)零部件的加工精度和加工效率，突破了國(guó)外技術(shù)封鎖，降低了國(guó)內(nèi)外相關(guān)需求企業(yè)的采購成本，提高了國(guó)內(nèi)造紙機(jī)械設(shè)備的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2 多主軸數(shù)控深孔鉆床宏程序的必要性分析和步驟

在一般的程序編制中，程序字為常量，一個(gè)程序只能描述一個(gè)幾何形狀。當(dāng)工件形狀沒有發(fā)生改變只是尺寸發(fā)生改變時(shí)，只能重新進(jìn)行編程，缺乏靈活性和適用性。當(dāng)被加工的零件形狀沒有發(fā)生變化只是尺寸發(fā)生變化時(shí)，機(jī)床操作者需要在程序中給要發(fā)生變化的尺寸加上幾個(gè)變量再加上必要的計(jì)算公式即可。當(dāng)尺寸發(fā)生變化時(shí)，只需改變幾個(gè)變量的賦值參數(shù)即可。

造紙機(jī)械設(shè)備上的真空伏輥、壓榨輥等輥體為大型環(huán)形圓柱形工件，表面分布有多則40 萬個(gè)，少則10 萬個(gè)徑向孔。輥體直徑、長(zhǎng)短有很多不同規(guī)格，因此表面分布的鉆孔數(shù)量和坐標(biāo)位置均不相同，但是該類型零件的形狀均相似。為降低機(jī)床操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度和專業(yè)知識(shí)的需求，根據(jù)輥體直徑、長(zhǎng)度、鉆孔數(shù)量及深度要求，方便快捷地更改不同工件的加工程序，編寫固定格式的宏變量程序，僅改變固有的幾個(gè)主要參數(shù)即可完成相關(guān)程序的修改。

該機(jī)床采用北京KND 數(shù)控系統(tǒng)的軟件編輯相應(yīng)的宏程序，將鉆孔工件直徑、工件長(zhǎng)度、單排鉆孔數(shù)量、鉆孔排數(shù)、坐標(biāo)相對(duì)位置及鉆孔深度等主要技術(shù)參數(shù)輸入KND 軟件系統(tǒng)，利用KND 軟件系統(tǒng)處理并計(jì)算宏變量參數(shù)，將程序轉(zhuǎn)至路徑代碼，并且將KND軟件系統(tǒng)與機(jī)床的X軸、Z軸和旋轉(zhuǎn)C軸坐標(biāo)宏程序聯(lián)機(jī)，構(gòu)建聯(lián)機(jī)機(jī)床的安全距離變量、中斷退刀變量、Z軸退刀點(diǎn)變量、鉆孔速度變量、鉆桿速度變量，利用KND 軟件系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算加工孔數(shù)和加工圈數(shù)[1-2]。該宏程序滿足不同規(guī)格輥體的加工要求，操作簡(jiǎn)單快捷。

3 宏程序內(nèi)容分析

根據(jù)輥體直徑、長(zhǎng)度、鉆孔數(shù)量及深度要求，計(jì)算并設(shè)定系統(tǒng)公用宏變量參數(shù)[2]，對(duì)應(yīng)的絕對(duì)坐標(biāo)編程時(shí)為X、Z、C。輥體工件圓周孔數(shù)變量#500、孔距帶寬變量#501、X軸平移距離變量#507、C軸旋轉(zhuǎn)角度變量#508 通過公式計(jì)算獲得后設(shè)定。C軸的變量其中l(wèi)為鉆孔間隔弧長(zhǎng)，D為鉆孔件直徑，n為鉆孔數(shù)量，n-1 為鉆孔之間的間隔數(shù)量。X軸的變量通過鉆孔件的長(zhǎng)度進(jìn)行改變。方案中采用的加工件長(zhǎng)度為35.712 cm，鉆孔間隔數(shù)量為48，其他變量如安全距離#502、中斷退刀量#509、Z軸退刀點(diǎn)#503、點(diǎn)鉆/鉆孔速度#504 和鉆桿速度#506 等根據(jù)實(shí)際需求設(shè)定。加工孔數(shù)#510 和加工圈數(shù)#511 是內(nèi)部公式自動(dòng)計(jì)算獲得顯示的，無須人工設(shè)定。

具體宏程序如下[3-5]

執(zhí)行前輸入安全數(shù)據(jù)

%

IF[#502>20]GOTO10 安全距離判斷，如果設(shè)定數(shù)值大于20，會(huì)有報(bào)警提示，此為防止操作者誤操作而導(dǎo)致不可預(yù)見的后果發(fā)生;

IF[#504>60]GOTO20 鉆孔速度判斷，鉆孔速度分段，剛?cè)牍ぜ撬俣扰袛?

IF[#512>10]GOTO30 快透距離判斷;

IF[#513>20]GOTO40 快透速度判斷;

M3S30;鉆桿主軸啟動(dòng)速度30 轉(zhuǎn)

G4X1;等待1s

G1Z#502F700;Z 退刀達(dá)安全點(diǎn)

M77 導(dǎo)向架后退;

G4X1;等待1s

IF[#5044==0]GOTO7 判斷C 軸坐標(biāo)是否為零;

GOTO6;跳轉(zhuǎn)到N6；

N7#510=0 孔數(shù)清零;

M111 加工孔數(shù)顯示清零;

N6;

IF[#5041==0]GOTO8 判斷X 軸絕對(duì)坐標(biāo)是否為零;

GOTO9;

N8#511=0;圈數(shù)清零;

N9IF[#510==0]GOTO1;判斷加工孔數(shù)是否為零;

IF[#510>=#500]GOTO4 判斷計(jì)數(shù)大于等于設(shè)定數(shù)跳轉(zhuǎn);

G0Z#502 安全距離;

G04X0.5;等待0.5s

N5;

N2M58;C 軸液壓抱閘打開

#100=360.0/#500*#510 目標(biāo)角度值;

G0C#100C 軸旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)角度;

G4X1;等待1s

N1;

M59C 軸鎖緊;

M76;導(dǎo)向架前進(jìn)

G4X2;等待2s

M08 冷卻泵開啟;

M88 冷卻溢流閥開啟;

G4X1;等待1s

M03S#506;鉆桿按#506 設(shè)定速度轉(zhuǎn)動(dòng)

G4X1.5;等待1.5s

G0Z#503 循環(huán)鉆孔點(diǎn);

M96P9001 宏中斷打開;

G1Z-10F#513;前段鉆孔速度

G1Z-[#505-#512]F#504 第一段鉆孔;

M03S3000;鉆孔速度3000 轉(zhuǎn)

G1Z-#505F#513 快透鉆孔;

G4X1;等待1s

M03S30主軸低速;

M89;冷卻溢流閥關(guān)閉;

#510+=1;孔數(shù)自動(dòng)加1

M110 計(jì)數(shù)傳位置界面;

G4X2;等待2s

N4G0Z#503;退刀安全點(diǎn)

M77 導(dǎo)向架退出;

M97 宏中斷關(guān)閉;

M01 選停;

IF[#510<#500]GOTO2 判斷已加工孔數(shù);

#510=0;

M111 已加工孔數(shù)清零;

#511=#511+1 加工圈數(shù)加1;

M77;導(dǎo)向架退出

M58;C 軸液壓抱閘打開;

G0C360;C 軸旋轉(zhuǎn)1 圈360°

G1U-#507F200X 軸平移;

G1H#508F2000C 軸下一圈角度旋轉(zhuǎn);

G50C0;C 軸刀尖所處的位置

M59;C 軸鎖緊;

M76;導(dǎo)向架前進(jìn)

IF[#5041>-#501]GOTO5 判斷平移是否大于帶寬;

G0Z200;Z 軸退出

M77;導(dǎo)向架退出

G4X2;等待2s;

X5;X 退安全點(diǎn);

G4X1;等待1s;

X0X 軸回到0 點(diǎn)消隙;

#510=0;加工孔數(shù)清零;

M111;顯示孔數(shù)清零

#511=0;加工圈數(shù)清零

M30;

%

在機(jī)床上直接執(zhí)行加工程序，即可完成工件加工。該鉆孔方法根據(jù)不同的輥體加工要求設(shè)定宏變量，適合加工各種規(guī)格的輥體。

4 宏程序的使用效果

該鉆孔方法可根據(jù)不同的輥體加工要求設(shè)定宏變量，滿足該類型各種規(guī)格尺寸的輥體工件的鉆孔加工，通用性好，大大節(jié)省了機(jī)床操作者程序編輯或修改時(shí)間，提高了加工效率。該宏程序可作為多主軸數(shù)控槍鉆鉆削大型造紙輥體的標(biāo)準(zhǔn)化程序。當(dāng)輥體種類和加工孔數(shù)要求變化時(shí)，改變宏變量，程序便可使用，無須人工重新編輯程序，減少了操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，也降低了對(duì)操作人員專業(yè)技能水平和知識(shí)水平的要求。

5 結(jié)語

本文主要介紹一種實(shí)現(xiàn)多主軸數(shù)控深孔鉆床同步鉆孔加工的宏程序及加工方法。該宏程序操作宜人，修改簡(jiǎn)單，對(duì)操作者的專業(yè)知識(shí)要求不高，是該設(shè)備實(shí)現(xiàn)高效自動(dòng)化加工的有效控制手段和措施，可為機(jī)械加工行業(yè)提供高端自動(dòng)化加工機(jī)床，促進(jìn)機(jī)械行業(yè)的進(jìn)步。