高效五轴加工技术应用

■北方重工集团重大部件加工分公司 （辽宁沈阳 110141） 刘丽华 何海洋

高效五轴加工技术应用

■北方重工集团重大部件加工分公司 （辽宁沈阳 110141） 刘丽华 何海洋

北方重工集团有限公司是在沈阳重型机械集团有限责任公司和沈阳矿山机械（集团）有限责任公司合并重组的基础上组建的国有独资公司。2007年并购法国NFM公司后，成为跨国经营企业。北方重工现拥有四个工业园区，即沈阳研发制造工业园区、沈阳铸锻工业园区、营口临港研制基地和法国里昂研制中心，占地面积160万m2，员工总数10 000余人。

1. 主要产品和加工特点

北方重工主导产品包括隧道工程装备、电力装备、建材装备、冶金装备、矿山装备、煤炭机械、石油压裂装备、港口装备、环保装备、锻造装备、传动机械、汽车电器和大型铸件及工程总包项目。加工件特点以超大超重超高、悬伸超长和结构复杂等特点。

加工案例1：刀轴螺旋面为复杂曲面，制造精度要求高，在f348mm尺寸外圆表面加工54mm尺寸沟槽并且螺旋角为2°25′必须保证与相关件在数值上一致，刀体导程为25 903.548 57mm，长度为2 100mm，并要求与相关件螺旋旋向相反。如图1所示，保证加工后螺旋槽对应部分相对于对称线对称。对于此类螺旋曲面的加工，在没有五轴联动加工时需要制造专用的辅助设备，且无法保证曲面的精度，同时对于沿螺旋线空间垂直定位的各孔的加工，则更无法实现。

加工案例2：如图2所示，玻璃钢筒体为椭圆形曲面，铣削加工难度大，椭圆长边3 500mm，短边1 6 0 0 m m，整体高度达2 330mm，中间有两处凸台，有倒圆角R40mm与R20mm过渡，工件最薄处厚度达15mm，要求工件外表面加工精度达Ra=6.3µm，两头端面达Ra=12.5µm，加工过程中需进行一次调个装卡，无法保证加工精度，普通机床加工难度大且难测量，此类工件使用五轴加工更容易实现，走程序检测更方便。

图1　螺旋刀轴

图2　玻璃钢筒体、俯视图椭圆结构

2. 五轴机床主要参数

数控8m×20m铣车复合机床，由德国希斯公司生产，动梁、龙门移动式结构可以加工大吨位工件，较移动式工作台更能承重，可以满足工件一站式加工，精度有保证。

机床固定台尺寸6 000m m ×15 000m m，加工件最大宽度7 000mm，加工件最大长度19 000m m，加工件最大高度5 000mm，Z轴行程3 000mm。W轴行程4 000mm，C轴旋转范围±270°，A轴旋转范围±95°。

数控系统：西门子840D。

3. 存在的问题及前景展望

我公司现有VMG6七轴五联动数控的机床本身A轴和C轴不能

实现刀具的长度补偿和半径补偿功能，要保证螺旋刀轴的一对旋转方向对称的螺旋槽及空间螺旋线定位把合孔位置关系，需要通过外部计算刀具补偿参数，计算过程复杂。玻璃钢筒体同样不能进行半径补偿。

通过软件建立的空间立体模型，设计出适合我公司机床的X、Y、Z、A、C轴同时联动的模拟运动轨迹，再利用外部软件对螺旋刀轴、玻璃钢筒体加工所使用的各刀具的长度及半径补偿进行计算，最后形成可在本公司机床加工的五轴联动NC程序。螺旋刀轴、玻璃钢筒体五轴联动加工的实现，为我公司在复杂曲面的大、中型零件的加工奠定坚实的基础，提高了我公司的生产加工能力。

五轴联动加工是目前世界上最先进的单通道最高联动数控加工技术，可应用于各种复杂曲面的加工，用途广泛，刀具补偿问题有待改善。

图3　8m×20m数控铣车复合机床

收稿日期：（20150714）