高效五軸加工技術應用

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

高效五軸加工技術應用

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

北方重工集團有限公司是在沈陽重型機械集團有限責任公司和沈陽礦山機械（集團）有限責任公司合并重組的基礎上組建的國有獨資公司。2007年并購法國NFM公司后，成為跨國經營企業。北方重工現擁有四個工業園區，即沈陽研發制造工業園區、沈陽鑄鍛工業園區、營口臨港研制基地和法國里昂研制中心，占地面積160萬m2，員工總數10 000余人。

1. 主要產品和加工特點

北方重工主導產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、煤炭機械、石油壓裂裝備、港口裝備、環保裝備、鍛造裝備、傳動機械、汽車電器和大型鑄件及工程總包項目。加工件特點以超大超重超高、懸伸超長和結構復雜等特點。

加工案例1：刀軸螺旋面為復雜曲面，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′必須保證與相關件在數值上一致，刀體導程為25 903.548 57mm，長度為2 100mm，并要求與相關件螺旋旋向相反。如圖1所示，保證加工后螺旋槽對應部分相對于對稱線對稱。對于此類螺旋曲面的加工，在沒有五軸聯動加工時需要制造專用的輔助設備，且無法保證曲面的精度，同時對于沿螺旋線空間垂直定位的各孔的加工，則更無法實現。

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，橢圓長邊3 500mm，短邊1 6 0 0 m m，整體高度達2 330mm，中間有兩處凸臺，有倒圓角R40mm與R20mm過渡，工件最薄處厚度達15mm，要求工件外表面加工精度達Ra=6.3μm，兩頭端面達Ra=12.5μm，加工過程中需進行一次調個裝卡，無法保證加工精度，普通機床加工難度大且難測量，此類工件使用五軸加工更容易實現，走程序檢測更方便。

圖1　螺旋刀軸

圖2　玻璃鋼筒體、俯視圖橢圓結構

2. 五軸機床主要參數

數控8m×20m銑車復合機床，由德國希斯公司生產，動梁、龍門移動式結構可以加工大噸位工件，較移動式工作臺更能承重，可以滿足工件一站式加工，精度有保證。

機床固定臺尺寸6 000m m ×15 000m m，加工件最大寬度7 000mm，加工件最大長度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軸旋轉范圍±270°，A軸旋轉范圍±95°。

數控系統：西門子840D。

3. 存在的問題及前景展望

我公司現有VMG6七軸五聯動數控的機床本身A軸和C軸不能

實現刀具的長度補償和半徑補償功能，要保證螺旋刀軸的一對旋轉方向對稱的螺旋槽及空間螺旋線定位把合孔位置關系，需要通過外部計算刀具補償參數，計算過程復雜。玻璃鋼筒體同樣不能進行半徑補償。

通過軟件建立的空間立體模型，設計出適合我公司機床的X、Y、Z、A、C軸同時聯動的模擬運動軌跡，再利用外部軟件對螺旋刀軸、玻璃鋼筒體加工所使用的各刀具的長度及半徑補償進行計算，最后形成可在本公司機床加工的五軸聯動NC程序。螺旋刀軸、玻璃鋼筒體五軸聯動加工的實現，為我公司在復雜曲面的大、中型零件的加工奠定堅實的基礎，提高了我公司的生產加工能力。

五軸聯動加工是目前世界上最先進的單通道最高聯動數控加工技術，可應用于各種復雜曲面的加工，用途廣泛，刀具補償問題有待改善。

圖3　8m×20m數控銑車復合機床

收稿日期：（20150714）