典型零件在車銑復合機床上的加工工藝

封靜敏

西安汽車職業大學 陜西省西安市 710038

1 引言

隨著各大基礎學科的不斷發展，高速化、高精度化、高可靠性、復合化、智能化、柔性化、集成化成為數控機床工業的主要發展方向。傳統的數控機床對于軸類或平面類的零件可進行單一的加工，例如數控車床加工軸類零件，數控銑床加工平面類零件，對于加工精度較差的機床，部分粗加工和精加工工藝也需要選擇不同的機床。為了提高加工效率，復合型機床的發展地位愈加顯得舉足輕重。車銑復合不僅能夠完成棒料的外圓柱表面和端面的車削加工，同時在后置刀架的位置上安裝有動力頭，動力頭的增加使得車銑復合機床引入Y 軸，一次裝夾可以完成圓周表面的銑削加工、鉆孔、攻絲機斜面的加工等工序。車銑復合加工技術具有較高的生產效率，零件一次裝夾以后，實現各種不同的工藝，其中包括鉆孔、車削、銑削等等，免去了很多復雜的環節和步驟，不僅能夠節約很多工作的時間而且可以減少在生產過程中的誤差，有效的提高了生產的精度。

寶雞機床生產的CK36F/CK46F 數控車銑復合機床，是由八工位液壓刀塔和3+2/3+3/4+4 伺服動力頭組成，并帶有Y 軸、軸向和徑向的伺服動力頭均可在加工過程中完成銑，打孔，攻絲。同時可以與主軸進行聯動，實現在工件表面加工異形，使其加工工件在一次裝夾的情況下完成車、銑、打孔和攻絲的所有步驟，并保證工件圖紙要求的位置精度，進一步解決二次裝夾帶來的裝夾誤差。與之前工藝相比可提高生產效率大約30% 以上。

CK36F 是根據市場需求開發的一款高效的CNC 車銑復合數控機床。該機床主軸通孔直徑是Φ56mm，最大加工直徑Φ200mm，最大加工長度是100mm，可同時配置八工位液壓刀塔和帶有Y 軸的伺服動力單元模塊，可實現車、銑、鉆、攻絲等復合加工，具有加工效率高，穩定性好等特點。機床整體布局緊湊合理，便于保養和維修，符合人機工程學，便于操作。具有極高的性價比，是小型復雜零件加工設備中最好的選擇。CK36F 機床標準配置6" 中空液壓回轉油缸、后拉式液壓筒夾及8 工位液壓刀塔，帶Y 軸伺服動力頭（軸2徑3）的車銑復合機床，可實現車、鉆、攻、銑等復合加工。

2 車銑復合性能參數

2.1 數控系統和數控機床

數控機床的工作原理：根據加工工藝要求編寫加工程序（以下簡稱程序）并輸入CNC，CNC 按加工程序向伺服（或步進）電機驅動單元發出運動控制指令，伺服（或步進）電機通過機械傳動機構完成機床的進給運動；程序中的主軸起停、刀具選擇、冷卻、潤滑等邏輯控制指令由CNC 傳送給機床電氣控制系統，由機床電氣控制系統完成按鈕、開關、指示燈、繼電器、接觸器等輸入輸出器件的控制。目前，機床電氣控制通常采用可編程邏輯控制器（Programable Logic Controler 簡稱PLC），PLC 具有體積小、應用方便、可靠性高等優點。由此可見，運動控制和邏輯控制是數控機床的主要控制任務。

編程就是把零件的外形尺寸、加工工藝過程、工藝參數、刀具參數等信息，按照CNC 專用的編程代碼編寫加工程序的過程。數控加工就是CNC 按加工程序的要求，控制機床完成零件加工的過程。數控加工的工藝流程如圖1 所示。

圖1 數控加工的工藝流程

2.2 機床參數

寶雞機床廠的車銑復合CK36F/CK46F 其最明顯的特征是具有可獨立工作的雙方向的共5～8 個伺服動力刀。這些動力刀可在液壓刀塔進行完回轉加工后，對工件的外圓端面進行銑削、打孔、攻絲作業。主軸可以360°定位旋轉，所以伺服動力頭可以與主軸聯動進行曲槽的加工，使其工件在一次裝夾的情況下完成車、銑、鉆孔、攻絲等所有工序。

車銑復合機床控制系統采用廣數GSK988TA1-H 系統，該系列車床數控系統是針對斜床身數控車床和車削中心而開發的CNC 新產品。該系統可控制6 個進給軸（含Cs 軸）、3 個主軸，通過GSKLink 總線與伺服驅動和I/O 單元連接，配套的伺服電機采用高分辨率絕對式編碼器，實現0.1μm 級位置精度，可滿足高精度車銑復合加工的要求。GSK988TA1-H 系統具備網絡接口，支持遠程監視和文件傳輸，可滿足網絡化教學和車間管理的要求，能夠精準控制斜床身數控車床和車削中心數值計算及加工。

圖2 GSK988TA 外觀

2.3 車銑復合機床的主要技術參數

寶雞機床廠設計制造的車銑復合CK36F 的機械結構外形如圖3 所示，機床的主要性能參數見表1。

圖3 CK36F 車銑復合機床外形

表1 車銑復合的主要性能參數

3 CK36F 車銑復合上典型零件的加工

3.1 普通數控車床的加工工藝

如圖4 所示，此工件由外圓、倒角、內孔、外六方、螺紋底孔、內螺紋以及端面槽和槽內孔組成。一般采用的是三爪自定心卡盤，一次裝夾后可完成零件的外圓、端面、倒角、內孔的加工后切段；上工裝，用加工中心銑外六方、端面槽和槽內孔；再一次上工裝用四軸加工中心加工外六方上的絲孔與倒角。此時，端面槽與外六方的位置精度要求用工裝很難保證。

圖4 典型零件成品

3.2 車銑復合CK36F 上的加工工藝

針對CK36F 車銑復合機床單刀塔帶5個動力刀的加工特點，在加工特殊零件的過程中綜合使用了動力刀和臥式液壓刀塔，并完成軸向和徑向動力刀的轉換使用。同時通過車銑復合機床特殊的M 代碼設定使主軸實現位置控制和速度控制兩種加工方式。在編程時，可通過M 代碼和G 代碼指令設定主軸分度，一次完成銑、鉆孔、攻絲等全部過程，提高加工效率，降低重復裝夾誤差，提高工件的形狀和位置精度。

車銑復合八工位刀架為臥式液壓刀架，軸向和徑向動力刀采用獨立伺服電機驅動，第一主軸在速度控制方式下，臥式液壓刀架主要完成外圓柱表面，倒角，內孔等加工。第一主軸在位置控制方式下，徑向動力刀完成銑外六方，螺紋底孔和內螺紋的加工；軸向動力刀完成端面槽和槽內孔的加工。在車銑復合機床上，可以一次裝夾實現軸向內外圓柱表面的加工、徑向銑削加工以及端面槽和槽內孔的加工。這樣減少了工件的搬運與重復裝夾的問題。具體加工工序見表2。

表2 車銑復合機床加工工序表

CK36F 車銑復合機床裝刀容量為8+5（伺服動力頭），刀塔上可以安裝4 把刀方為20x20 的車刀及3 把φ25 的鏜刀或鉆頭和1 把用于加工端面環槽的刀具。對于不同工件的加工選擇的不同類型的型號。編程時可靈活規劃工藝路線，減少加工過程中的重復裝夾與換刀時間，從而提高加工效率，延長刀具壽命。

在零件加工過程中，啟用12# 動力刀打螺紋底孔加倒角時，可采用不同的刀補號，例如T0812 和T0816，因打孔的X 向尺寸一定，倒角時可根據不同角的大小，改變T0816 的刀補，從而改變螺紋底孔的尺寸。

4 結束語

在車銑復合機床加工過程中，對于上述類似零件可實現一次性裝夾，完成所有工序的加工。這樣就避免了工件在搬運過程中的損傷以及工裝難以保證的位置精度，更進一步提高了加工的效率并大大降低了工件的廢品率。