基于精雕系统的精密配合件的加工

2020-11-24台州科技职业学院浙江台州318020

金属加工(冷加工) 2020年11期

■台州科技职业学院（浙江台州 318020）揭晓

■北京精雕集团黄岩分公司（北京 318023）张欢龙

运用数控机床加工配合件是目前国内一般企业的主流方法，但由于存在定位误差、刀具磨损以及温度因素的影响，故很难做到量产，存在质量不稳定、次品多、浪费严重等问题。在比较了几种国内主流使用的几款数控系统后，尝试运用北京精雕系统来完成。精雕系统由于自身具备在线检测、在线补偿功能，又能结合自主的CAD/CAM软件，因而可以提高零件的定位精度，并可以随时通过测头测量来补偿。通过对零件定位试验、加工过程中的温度对刀具影响等，确定出准确合理的工艺参数，为量产奠定了基础。

1. 测试件试制

（1）测试件模型分析测试件如图1所示，材料为H13模具钢，淬火硬度52HRC。一套测试件分为凸件和凹件，尺寸均为76mm×76mm×40mm。

图1 凸凹配合件零件

加工要求：①避卡位面、自由曲面、产品面的轮廓精度±2.5 μ m。②外形尺寸精度±3μm。③工件表面光亮一致、刀纹均匀无弹刀纹、无拉丝纹、无毛刺。④表面粗糙度值Ra≤0.15μm。

从模型中分析：曲面、轮廓的尺寸精度要求很高，为±2.5μm，同时对外形尺寸、表面粗糙度要求也非常高。

（2）加工工艺规划采用精雕SURFMILL软件对工件编程，工艺规划采用粗加工、在机检测、二次开粗、平面磨、半精加工和精加工等工序，所用设备、刀具、测头见表1。该工艺与普通加工不同，配合件加工在粗加工及半精加工等多道工序过程中，频繁使用在机测量，目的是及时管控尺寸精度。

（3）工件安装由于精度要求高，对安装质量有很高要求，工件装夹时用强磁吸盘，确保吸盘平面和工件底面平面度＜5μm，用千分表拉工件的直侧壁＜2μm；使用测头分中时开启主轴准停功能，分别对外形和避卡位进行分中，取两者中间值作为加工原点；凸件直接以基准面为Z向加工基准。工件Z向基准原点确定后，若来料表面剩0.05mm余量，工件坐标系的Z0点＝Z基准原点－（0.05mm＋0.01mm）。

（4）工件定位定位时需要对外形进行测量，工件外形测量之前先对标准块外形进行测量，通过标准块外形在机测量和三坐标测量结果，找出每台机床在机测量和三坐标测量的误差值（见图2），按照测量结果调整外形加工工艺，从而保证每台机床加工出的工件外形尺寸一致为（76±0.003）mm。注意标准块的安放高度应尽量同工件高一致，安装流程如图3所示。

图2 工件定位安装

2. 工艺把控

加工时必须在工艺实施过程中，对环境温度、刀具跳动量进行把控。

（1）冷机预热刀长与温度关系在机测量前保证主轴处于稳定状态，加工完成后，主轴冷却25min后进行测量。

由于配合面精度要求极高，因此必须对刀具伸长量进行测量。加工过程中进行量化控制，当机床处于冷机状态时，使用激光对刀仪，反复测量刀具刀长，测量间隔时间为30s，共测量1h，然后进行数据分析。在转速7 000r/min时，刀长与温度曲线的关系如图4所示。

图3 安装流程

表1 凸、凹模加工工艺

从冷机状态预热20min，主轴热伸长可控制在6μm以内。预热过程如图5所示。

（2）加工前后刀长测试试验方式：每一步加工程序完成后从刀库调出下一把加工刀具，加工前进行主轴热伸长预热，使用激光对刀仪反复测量刀具刀长，测量过程中没有停顿时间，反复跑对刀程序，总测量时间为30min，测量完成后进行数据分析。测量30min后模拟加工程序跑路径，跑2h后从刀库换下一把刀具进行热伸长检测，时间为30min，刀长与温度的关系如图6所示。

加工过程中从刀库换刀后直接加工主轴热伸长量为3μm以内，预热4m i n后加工主轴热伸长可稳定在2μm以内。预热7min后加工主轴热伸长可稳定在1μm以内。方式：路径程序加工完成后，从刀库调出测头直接测量工件上表面余量，中间试验不停，反复测量大概50min，开始分析测量后的余量数据，具体如图7所示。

在机测量前主轴热伸长处于稳定状态，主轴冷却25min以后开始逐渐稳定，变化量为2μm，冷却后，刀具长度与温度的关系如图8所示。

根据以上数据，得出以下结论。

1）恒温车间温度变化不超过±1.5℃/24h。

2）使用MPM振动仪测试主轴转速，避开机床主轴转速共振点；分型面与产品面精加工，转速控制在11 000r/min左右。

3）半精加工时刀具刀跳4μm以内，精加工时刀具刀跳严格管控在2μm以内。