数控车铣中心铣削加工工艺的应用

2021-06-24曹永辉

机电元件 2021年3期

曹永辉

（宝鸡机床集团有限公司，陕西宝鸡，721013）

1 引言

本文介绍的数控立式车铣中心是一款带BBT40车主轴和BT40铣主轴的高效立式车铣中心，机床具有X、Z两个直线轴和C一个旋转轴的三轴联动功能，不带Y轴，配西门子828D数控系统，车、铣模式无缝集成，车、铣主轴直驱结构，三轴全闭环控制，配合32工位链式刀库及21寸中实液压三爪卡盘，可用于盘套类零件的精密、高效车铣复合加工。

2 数控立式车铣中心应用

针对一些复杂精密盘类零件既有车工序又有铣工序的加工，早期的加工工艺为采用普通数控车床加工车工序，再采用立式加工中心配合专用夹具二次装夹定位加工铣工序，这种加工工艺只能解决一些简单零件的加工，而且非常消耗人力和时间，更不能保证现有航空、航天等高精密零件的加工精度要求，因此为了保证此类零件的加工精度和提高零件的加工效率，一般采用数控车铣中心完成零件一次性装夹来实现零件的车、铣加工工序。

在使用数控立式车铣中心加工零件时，为了保证车、铣零件的加工精度，首先我们要检验机床的车主轴和铣主轴零点，即机床零点标定，机床零点标定方法为：

首先检查X轴与C轴回转中心沿Y方向高度差：

a.用卡盘装夹试件；

b车刀座装夹镗刀，旋转主轴，在试件中心镗孔φA；

c.沿X轴移动距离R，用铣主轴镗孔φB；

d.用三坐标测量φB与φA孔中心距离L；

e.计算X轴与C轴回转中心沿Y方向高度差H。

然后测配X轴与C轴回转中心沿Y方向高度：

a.测量所有铣主轴箱滑块配磨垫厚度值；

b.根据X轴与C轴回转中心沿Y方向高度差H配磨配磨垫厚度至要求；

c.安装配磨垫验证X轴与C轴回转中心沿Y方向高度差H。

d.对机床零点重新设定数控车铣中心中心C轴，利用铣刀旋转和工件旋转的合成运动来实现对工件的切削加工。

3 提出问题

立式车铣中心在不带Y轴功能的情况下完成车削加工后，如何完成零件的铣削圆孔加工呢？

通常立式车铣中心完成零件的车加工后，再进行铣削圆孔加工工序，在铣削加工与主轴同心的圆孔时，只需要选择刀具尺寸与孔尺寸大小一致的刀具，刀具移动至主轴中心，刀具旋转即可完成加工；若要铣削与主轴中心偏心圆孔，一般需采用在同一个平面内的两个直线轴插补铣圆，即采用机床的X和Y轴两个直线轴来实现插补铣圆，因该立式车铣中心无Y轴，只能采用X轴与C轴（即一个直线轴和一个旋转轴）插补铣圆。

4 工艺验证

首先采用X轴与C轴G01直线插补铣圆的方式加工，数控立式车铣中心三爪卡盘夹持工件，找正□任意一边与X轴平行，设置C轴零点，通过C轴旋转，用铣削的方式完成圆的加工，铣削加工的运动方式为X轴朝工件方向进给，C轴完成0°～180°旋转，X轴朝工件相反方向进给，C轴完成180°～360°旋转。

零件加工完后采用三坐标检测工件，发现采用X轴与C轴G01直线插补铣圆的方式加工的偏心圆孔圆度为0.1左右，不能满足图纸要求。分析原因为，采用G01直线插补铣圆相当于无数小线段拼接的圆，无数控系统处理，内圆表面有凹凸点，导致加工内圆圆度不良。

5 工艺优化

结合采用X轴与C轴G01直线插补铣圆的方式加工偏心圆孔精度不良问题，现采用X轴与C轴G02／G03圆弧插补铣圆加工工艺优化：

一般使用G02／G03圆弧插补功能，需采用在同一个平面内的两个直线轴插补，即采用机床的X和Y轴两个直线轴来实现直线插补铣圆，因该立式车铣中心无Y轴，只能采用X轴与C轴（即不在同一个平面内的一个直线轴和一个旋转轴）插补铣圆，因此需要采用西门子数控系统TRANSMIT运动转换功能（见图1）。

图1 通过TRANSMIT铣削车削工件的端面

西门子TRANSMIT运动转换功能是数控系统将编程的进给指令从笛卡尔坐标系转换到实际坐标系，这里的Y轴是西门子数控系统利用TRANSMIT运动转换功能生成的虚拟轴，在数控车铣中心加工偏心圆编程时只需用X轴与虚拟Y轴编写G03圆弧插补程序即可。

现已有数控立式车铣中心采用西门子数控系统TRANSMIT运动转换功能，数控编程G03程序，圆弧插补铣削加工某零件φ508分度圆上φ9.525圆孔为例：

通过优化机床系统参数，调整切削参数及程序路径，多次加工验证铣孔圆度，对比切削参数及铣孔圆度的实测精度，由最初的X轴与C轴直线插补G01方式，调整为X轴与C轴圆弧插补G03方式，总结出在立式车铣中心两轴机床采用X轴与C轴圆弧插补G03方式铣圆，通过三坐标检测发现该方法铣孔圆度可以达到0.01以内，达到预期效果及零件图纸要求。