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超级筛底座数控加工编程研究

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摘要:通过对工艺流程的优化,在西门子840D数控系统下,灵活应用R参数、宏程序、镜像、平面旋转、空间旋转、螺旋插补等功能,完成了超级筛主关件底座的精密主轴孔、反刮孔内端面、电机安装斜面等重要工艺要素的数控编程和加工。

关键词:宏程序;编程指令;旋转坐标系;孔内端面加工

1工艺背景

底座是BF14260TD超级矩形筛的机架,是除筛箱之外的最重要主关件,其精度直接关系到驱动主轴运动是否可靠、上置筛箱动平衡稳定,以及重要进口件ROSTA的支撑性能,从而影响到整台超级筛的轨迹准确、稳定可靠和耐用寿命等工作性能。底座的关键结构要素如图1所示,其主要由主轴孔、电机安装面、底座面等组成,并形成一系列的尺寸链公差和形位链公差精密要求。经分析产品性能及加工条件如下:①安排在12m五面体数控龙门铣床加工,确立基准链转换的定位和调整方式;②制定工艺流程、重点编制出各工步在840D数控环境下的相应数控加工程序,从而达到机床精度最大趋同工件精度。

2工艺流程

通过基准链的定位转换及优化工艺分析,结合西门子840D数控系统编程技巧,可以得出底座的工艺路线[1-3]。下面根据工艺路线,梳理出底座的全部加工内容和工艺要求。

2.1旋转坐标系法复校电机安装面工件摆放及校对如图2所示,工件置于垫头上,校两对角线平行XY平面,有间隙用铜片垫实。校直两M粗基准,找正300中心,G面为工件坐标系Z零点,键入工件坐标系G54机床存储器中。绕Z轴旋转工件坐标系141°,检测电机安装斜面,如位置相差较大可绕Z轴底座微量转动,程序运行步骤见表1。

2.2镜象法铣底面粗铣底面(A面)可采用镜像功能编写程序,以X正向、Y正向作为路径编写程序单输入到子程序中,子程序为L1。A面数控程序见表2。

2.3螺旋插补法铣主轴孔下端面主轴装200盘铣刀,采用螺旋坡铣E面、铣平,留0.1mm余量同A面统一进行精铣。下端面(G面)数控程序见表3。

2.4螺旋插补法以铣代镗主轴下孔采用螺旋插补法以铣代镗主轴下孔(B孔)。B孔为8级精度采用机床插补精度足够,如果镗削则需配置大规格粗精镗排,也可采用快速坡铣代镗。B孔数控程序见表4,通过改变R1值可实现粗、精铣分开。

2.5圆弧插补法反铣内端面(H面)在300孔底部有一直径420mm、深5mm内面止口,可以用三面刃铣刀从孔底向上分层切削加工。也可以用镗杆装夹反向镗刀单刀飞削,此原理和三面刃铣刀相同。因整个加工过程都是断续切削,刀尖要耐冲击,所以磨刀时主偏角要小于90°,前角、后角和副后角不应过大,切削刃口及刀尖磨倒棱。F面反刮好后,在镗杆上装主偏角45°刀,倒孔口和孔底C3角。H面数控程序见表5,通过改变R4可实现径向分刀,通过改变R2可实现轴向分层实现内面反铣。

2.6固定循环圆阵列G面及A面钻孔G面、A面钻孔数控程序见表6。

2.7铣校准用X、Y向四点M、N工艺基准M、N工艺基准用于工件翻身后校正直线和找正中心用。Y负方向铣两处(M面),且在同一平面,X正向铣两处(N面),分别计算出各工艺基准到工件中心的距离,并精确记录。

2.8旋转坐标系法侧铣一半电机安装斜面(K面)运用西门子独特的FRAME功能,通过绕Z轴旋转XY坐标系141°建立新的坐标系,定位侧铣一半电机安装斜面,如图3所示。K面数控程序见表7,根据实际余量通过R1的改变实现分层加工。

2.9旋转和平移坐标系法固定循环点钻、倒角、攻一半安装面各斜孔角铣头Z负方向行程过大会触碰到其他相关面,故电机座面只能单侧加工孔。主轴装上直角铣头及相应钻头。运用FRAME功能,通过绕Z轴旋转XY坐标系141°建立新的坐标系,在此坐标系中完成X、Y、Z向以钻尖为目标点对刀,定位在第一个孔起始位坐标。避免了大量的三角函数计算和插补编程,可使斜面编程像在一般坐标中一样简单。安装面加工如图4所示。安装面两斜孔数控程序见表8,通过刀补的调整完成钻、攻丝、倒角等加工。

2.10铣等高垫头,底面朝下定位,调整,复校下主轴孔将四个辅工作台置于机床工作台上,在辅工作台上锁紧四块垫头并将其铣平。工件翻身后A面放在等高垫头上,校直工艺基准M面、N面。用寻边器找正工件中心,并按铣工艺基准时所记录的数值设定好工件中心,写入到工件坐标系存储器G55中再复校下主轴孔300。

2.11其他加工螺旋插补法铣主轴孔上端面,方法参考工艺流程2.3;螺旋插补法以铣代镗主轴上孔,方法参考工艺流程2.4;固定循环圆阵列法点钻、倒角、攻上外端面各孔,方法参考工艺流程2.6;旋转坐标系法棒铣电机另一半安装斜面,方法参考工艺流程2.8;旋转和平移坐标系法固定循环点钻、倒角、攻另一半安装面各孔等,方法参考工艺流程2.9。

3工艺要求

(1)加工前应先检查各加工面的余量,无法直接检查的可以通过加长刀杆、杠杆表、尺、机床编程功能等,辅助检测各加工余量,以确保加工顺利进行。(2)工作机床没有刀库,本文以每把参加工作的刀具分别进行Z向对刀。也可以统一基准平面对刀,分别计算出基准面到各尺寸链的数值,量出每把刀具的长度,设定长度补偿。(3)图纸要求G面平行于A为0.02,所以在工艺流程粗铣底面和下端面两道工序粗加工完成后,松掉压板,待工件冷却,重新垫实各垫头与工件接触面间隙,更换刀片,精铣A面和G面。工件自重足够保证精铣平面的稳定性,精加工好后拧紧压板螺丝,进行下道工序。(4)加工第二面时,为确保工件加工达到工艺要求,应做到以下几点:①第二面420大孔同轴于第一面300孔;②420孔端面平行于A基准面;③上下斜面在同一平面内。(5)将4个垫头置于机床工作台上(见图3b),在辅工作台上锁紧四个等高块,有一块等高块应露出工件范围,用于在机床上打表测量加工平面到基准面A的高度,控制尺寸。用大直径刀盘铣平四块等高垫头,铣等高垫头时应选用垂直于Z轴较差的轴向铣削,且选择不拖刀方向进刀。比如X轴和Z轴垂直较好,Y轴和Z轴垂直较差,应选用Y轴方向为切削方向,而进刀方向选与Z轴夹角略大于90°的Y轴方向进刀。反之就会出现明显的接刀和拖刀现象,拖刀会加剧刀具磨损,错误选择切削方向和进刀方向会影响基准面的平面度,从而影响再加工面与基准面A的平行度和垂直度。(6)工件翻身后基准面A放在等高方向上,铣好的Y负方向两个工艺基准依旧朝向操作台,便于校正,此时X正向工艺基准朝向X负向。用杠杆表校直Y负向两个工艺基准,用寻边器寻找出各工艺基准面,并按铣工艺基准时所记录的数值设定好工件中心,并写入到工件坐标系存储器G55中。工件中心初步校好后在主轴上装一个长刀杆,用百分表吸附在刀杆上,机床从X负方向和Y负方向以较低速度移动到工件中心,低速定向定位会消除机床定位误差,能保证上下孔同心度。用手轮驱动Z轴,手动调整百分表,使百分表移动到已加工好的300孔壁,关闭主轴旋转监控,手工定向旋转主轴,使百分表旋转一圈X向Y向数值不变,如有变化,应向百分表数值小的方向移动一半的值差,且重新定位要遵循低速定向定位原则,直到主轴旋转一圈数值无变化,再重新设定坐标系。(7)铣电机另一半安装斜面时,在精加工前先预留量,打表上下斜面落差值是否和预留量在数值和方向上一致。分别打表上下斜面平行度,保证加工后同一旋转平面的要求。

4工艺结论

工艺识基准链,加工会一半;机床会坐标系,编程会一半;调整会校定位,操作会一半。正是通过工件的准确定位、工艺基准链的转换,以及相应坐标系原点的确定,使机床位置精度与图纸设计基准密切趋同,从而保证了各要素形位精度的实现[4]。(1)通过螺旋插补以铣代镗结合翻身校孔,保证了两主轴孔的八级尺寸公差和同轴度。(2)通过圆弧插补、条件跳转、径向分刀轴向分层、反向单刀,保证了有平行度要求的反向内面精铣加工精度。(3)通过西门子独特的FRAME功能,绕Z轴旋转XY坐标系建立新的坐标系,侧铣电机安装面和钻孔,省去了原坐标系中需要大量的函数计算和插补编程,非常方便地实现了斜面及其上斜孔的加工。

参考文献:

[1]徐衡.跟我学西门子数控系统手工编程[M].北京:化学工业出版社,2018.

[2]李锋.数控宏程序实例教程[M].北京:化学工业出版社,2010.

[3]机械工程师手册编委会.机械工程师手册[M].北京:机械工业出版社,2007.

[4]徐文俊,郑丽文,申文权,等.一种基于MasterCAMX5和数控加工中心的零件表面雕刻技术[J].林产工业,2018,45(5):54-58.

作者:严来成 徐强 单位:苏州苏福马机械有限公司

超级筛底座数控加工编程研究责任编辑:张雨    阅读:人次