高效五軸加工技術(shù)應(yīng)用

■北方重工集團(tuán)重大部件加工分公司 （遼寧沈陽(yáng) 110141） 劉麗華 何海洋

高效五軸加工技術(shù)應(yīng)用

■北方重工集團(tuán)重大部件加工分公司 （遼寧沈陽(yáng) 110141） 劉麗華 何海洋

北方重工集團(tuán)有限公司是在沈陽(yáng)重型機(jī)械集團(tuán)有限責(zé)任公司和沈陽(yáng)礦山機(jī)械（集團(tuán)）有限責(zé)任公司合并重組的基礎(chǔ)上組建的國(guó)有獨(dú)資公司。2007年并購(gòu)法國(guó)NFM公司后，成為跨國(guó)經(jīng)營(yíng)企業(yè)。北方重工現(xiàn)擁有四個(gè)工業(yè)園區(qū)，即沈陽(yáng)研發(fā)制造工業(yè)園區(qū)、沈陽(yáng)鑄鍛工業(yè)園區(qū)、營(yíng)口臨港研制基地和法國(guó)里昂研制中心，占地面積160萬(wàn)m2，員工總數(shù)10 000余人。

1. 主要產(chǎn)品和加工特點(diǎn)

北方重工主導(dǎo)產(chǎn)品包括隧道工程裝備、電力裝備、建材裝備、冶金裝備、礦山裝備、煤炭機(jī)械、石油壓裂裝備、港口裝備、環(huán)保裝備、鍛造裝備、傳動(dòng)機(jī)械、汽車電器和大型鑄件及工程總包項(xiàng)目。加工件特點(diǎn)以超大超重超高、懸伸超長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)。

加工案例1：刀軸螺旋面為復(fù)雜曲面，制造精度要求高，在f348mm尺寸外圓表面加工54mm尺寸溝槽并且螺旋角為2°25′必須保證與相關(guān)件在數(shù)值上一致，刀體導(dǎo)程為25 903.548 57mm，長(zhǎng)度為2 100mm，并要求與相關(guān)件螺旋旋向相反。如圖1所示，保證加工后螺旋槽對(duì)應(yīng)部分相對(duì)于對(duì)稱線對(duì)稱。對(duì)于此類螺旋曲面的加工，在沒有五軸聯(lián)動(dòng)加工時(shí)需要制造專用的輔助設(shè)備，且無(wú)法保證曲面的精度，同時(shí)對(duì)于沿螺旋線空間垂直定位的各孔的加工，則更無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

加工案例2：如圖2所示，玻璃鋼筒體為橢圓形曲面，銑削加工難度大，橢圓長(zhǎng)邊3 500mm，短邊1 6 0 0 m m，整體高度達(dá)2 330mm，中間有兩處凸臺(tái)，有倒圓角R40mm與R20mm過(guò)渡，工件最薄處厚度達(dá)15mm，要求工件外表面加工精度達(dá)Ra=6.3μm，兩頭端面達(dá)Ra=12.5μm，加工過(guò)程中需進(jìn)行一次調(diào)個(gè)裝卡，無(wú)法保證加工精度，普通機(jī)床加工難度大且難測(cè)量，此類工件使用五軸加工更容易實(shí)現(xiàn)，走程序檢測(cè)更方便。

圖1　螺旋刀軸

圖2　玻璃鋼筒體、俯視圖橢圓結(jié)構(gòu)

2. 五軸機(jī)床主要參數(shù)

數(shù)控8m×20m銑車復(fù)合機(jī)床，由德國(guó)希斯公司生產(chǎn)，動(dòng)梁、龍門移動(dòng)式結(jié)構(gòu)可以加工大噸位工件，較移動(dòng)式工作臺(tái)更能承重，可以滿足工件一站式加工，精度有保證。

機(jī)床固定臺(tái)尺寸6 000m m ×15 000m m，加工件最大寬度7 000mm，加工件最大長(zhǎng)度19 000m m，加工件最大高度5 000mm，Z軸行程3 000mm。W軸行程4 000mm，C軸旋轉(zhuǎn)范圍±270°，A軸旋轉(zhuǎn)范圍±95°。

數(shù)控系統(tǒng)：西門子840D。

3. 存在的問題及前景展望

我公司現(xiàn)有VMG6七軸五聯(lián)動(dòng)數(shù)控的機(jī)床本身A軸和C軸不能

實(shí)現(xiàn)刀具的長(zhǎng)度補(bǔ)償和半徑補(bǔ)償功能，要保證螺旋刀軸的一對(duì)旋轉(zhuǎn)方向?qū)ΨQ的螺旋槽及空間螺旋線定位把合孔位置關(guān)系，需要通過(guò)外部計(jì)算刀具補(bǔ)償參數(shù)，計(jì)算過(guò)程復(fù)雜。玻璃鋼筒體同樣不能進(jìn)行半徑補(bǔ)償。

通過(guò)軟件建立的空間立體模型，設(shè)計(jì)出適合我公司機(jī)床的X、Y、Z、A、C軸同時(shí)聯(lián)動(dòng)的模擬運(yùn)動(dòng)軌跡，再利用外部軟件對(duì)螺旋刀軸、玻璃鋼筒體加工所使用的各刀具的長(zhǎng)度及半徑補(bǔ)償進(jìn)行計(jì)算，最后形成可在本公司機(jī)床加工的五軸聯(lián)動(dòng)NC程序。螺旋刀軸、玻璃鋼筒體五軸聯(lián)動(dòng)加工的實(shí)現(xiàn)，為我公司在復(fù)雜曲面的大、中型零件的加工奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，提高了我公司的生產(chǎn)加工能力。

五軸聯(lián)動(dòng)加工是目前世界上最先進(jìn)的單通道最高聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工技術(shù)，可應(yīng)用于各種復(fù)雜曲面的加工，用途廣泛，刀具補(bǔ)償問題有待改善。

圖3　8m×20m數(shù)控銑車復(fù)合機(jī)床

收稿日期：（20150714）