卸料端端盖上孔的加工与编程方法研究

王占平

在大型的核电产品零部件上，经常会出现斜孔、斜面和斜槽等加工特征，机床需要配备角度铣头实现角度变化才能加工，在编程、对刀和测量等方面都要有所考虑，工艺方法和编程方法确定的是否合理，根据实际情况给予解决和改善，提高了工作的准确性和效率。

一、引言

大型数控铣镗床一般都配备数控镗铣头，有直角角度铣头、可调角度铣头、万能角度铣头和伸长铣头等，可方便调整加工的角度和位置，如果能编程控制铣头的角度，就更为方便省力，也能保证加工的精度要求，提高工作效率。大型工件上的斜槽、斜孔等较多，除了将工件按角度装夹外，需要更多考虑工件体积过大的情况，而选用调整角度铣头的方法完成斜面、斜槽和斜孔的加工。在加工的直径达 11m，大型卸料端端盖上总共加工 540个孔的情况下，如果不考虑刀具、编程和机床的结构问题，加工效率会大大降低。

二、工作准备

1.任务描述

卸料端端盖（图 1）为铸钢材料，净重 26，356kg，最大直径达 10，922mm。其上共有 252个斜孔，直径均为52mm的通孔。第一排孔的初始角度为 6.429°，两排孔间隔 12.857°，圆锥面上各孔分布圆直径为 φ4，019mm、 φ5，255mm、 φ5，746mm、 φ6，445mm、 φ7，525mm、 φ8，016mm、 φ8，850mm、 φ9，341mm、 φ9，735mm。其中 φ4，019mm分布圆上孔的最大钻通深度 195mm，其余各孔的钻通深度 140mm。

图 1 卸料端端盖

加工该零件选用横梁移动式数控龙门镗铣床，工作台最大承载 200t，立柱间距 6m，主轴锥孔 ISO60，横梁升降行程 3.2m，工作台纵向（ X）向行程 18m。特别适用于零件本身重量大，工件长度较长的黑色金属和有色金属的各种平面、曲面、空间曲面和孔的数控加工。滑枕铣头在配置各种附件铣头的情况下，可以在工件一次装夹中按给定的程序自动连续的完成 5个面上的铣、镗、钻、扩孔、铰孔和攻丝等多工序多工位的加工。卸料端端盖由 4部分组成，合为一个整体，考虑到直径太大，超过机床立柱间距，拆开两部分，分别加工其上各孔。同时由于工件太大，不能倾斜装夹加工斜孔，所以机床要配备数控万能角铣头。

2.制定加工工艺

该零件大致经过如下工序过程：划线→粗加工 90°结合面→四件把合到一起把牢→划全线→粗加工各端面、外圆和锥面→ MT探伤→划线→精修 90°结合面符图及其上各孔→四件把合→精车各部符图→ MT探伤→划线→钻锥面上各孔→去掉工艺焊块→清整、去毛刺→交检。

本文要研究钻锥面上各孔的方法，完成加工的最后一道工序，零件（两件把合在一起）内锥面向上顺工作台平放（图 2）按结合面及法兰上端面（A—A剖右端面）找正，按内孔定心，精度 0.1mm，按程序完成各孔的加工。

图 2 工艺简图

3.刀具的正确选用

该零件上孔的数量太多，工件材料为铸钢材质，有很高的硬度，如果选用普通麻花钻，钻削速度会受到限制，同时对钻头的刃磨质量提出很高的要求，钻削效率会大大降低。所以选用目前较为先进的内冷式机夹刀片浅孔钻（图 3），也称为U钻，刀杆可重复使用，刀片选用立方氮化硼材料，钻削若干孔后，可更换刀片改善钻削情况。钻头尾部装有减振夹柄，可将钻削的噪音降至 60分贝以下。同时装有内冷装置，钻孔时，U钻切削液从刀具内部喷出，在冷却刀具的同时，还有助于排出切屑。

4.工件装夹与安装

受机床宽度的影响，需要将工件拆开成两部分，平放在工作台上，边缘处放垫铁，并拉表找正。工件坐标系设在工件的边缘处， Z向零点设在距离工件上表面1，389.317mm处，符合图样的设计基准，如图 2所示。

图3 U钻

5.调整铣头

机床上装 N0.5万能角铣头，角铣头有两个旋转轴 B和 C，为了准确编程完成钻孔任务，让 B和 C轴中心交点与工件坐标系原点重合，才能准确控制铣头的角度和位置，首先按图 3所示找到铣头中心位置，具体过程为装万能角铣头，并安装靠棒，将铣头调整到图 4（a）所示水平位置，找一参照物，上表面加工精度较高（平面度和粗糙度），把量块放在靠棒与参照物上表面间，感到拖滞则为对刀成功，铣头中心距离参照物上表面为 50+40/2=70。取出量块，侧移铣头， Z轴负向移动 70mm，并将相对坐标系中 Z置零。

（a）（b）

图 4 万能铣头确定回转中心

卸下靠棒，安装刀具，并调整铣头到图4（b）所示位置，同样用量块对刀操作，对刀成功后，查看相对坐标的 Z值为550mm，计算550-50=500mm值为刀尖到铣头回转中心的距离，即为刀长值。按刀尖对刀后，自然就得到铣头中心到被测面间的准确位置。钻孔前，将刀具刀轴角度调整为绕 B轴15°，注意旋转角度与被加工孔的方向要一致，防止将孔钻错。

三、编程

1.编程指令

（1）可编程的零点偏移指令 TRANS、ATRANS。TRANS为绝对编程零位偏置，参考基准是当前设定的有效工件零位，即使用 G54～G599中设定的工件坐标系。而 ATRANS附加可编程零位偏置，参考基准为当前设定的或最后编程的有效工件零位，该零位也可以是通过指令TRANS偏置的零位。加工大型零件时，常用该指令实现坐标系的平移，后面直接跟 X、Y、Z方向的平移量。

（2）可编程旋转 ROT、AROT。对于某些围绕中心旋转得到的特殊轮廓形状，如果根据旋转后的实际加工轨迹进行编程，就会使坐标值计算的工作量大大增加，而通过坐标系统旋转功能，可以大大减少编程计算的工作量。ROT绝对可编程零位旋转，参考基准为 G54～G599指令建立的工件坐标系零位。而 AROT附加可编程零位旋转，参考基准为当前有效的设置或编程的零点。指令后跟旋转平面内的旋转角度，大型机床上，加工斜面、斜槽和斜孔时常用该指令完成。

2.编写程序

程序名必须以 2个英文字母开头，该程序名为 CX2a。 R1为每一排孔的起始角度值； R2为加工第二块时角度的附加量，在 R1的基础上附加 90°； R0为水平尺寸转换为锥面尺寸的转换量；首先调整铣头角度， B轴转过 15度，与孔的角度一致，再绕 C轴转过要加工某排孔的角度；其次调整坐标平面的角度，先绕 Z轴水平旋转 R1所赋的角度，再绕 Y轴旋转 15度，坐标平面与刀具轴线垂直，最后坐标系平面向上平移刀长距离，以使钻孔深度不受刀具长度影响，如果有刀具长度的变化，可以在刀具长度补长表中输入刀具长度补偿值；最后编程如下。

四、结语

加工数量较多的斜孔时，除了选用合适的机床，注重编程方法外，选用高效的刀具也是必要的手段之一，所以选用目前较为先进的内冷式机夹刀片浅孔钻，钻削时切屑会被切削液反向冲出，飞出很远，近距离工作人员不能接近。鉴于边缘处的孔较容易加工，选用普通麻花钻钻削，最终加工结果如图 5所示。