具備U軸功能的臥式加工中心的應用

發(fā)布日期:2011-11-25    蘭生客服中心    瀏覽:2731

1 前言

    在臥式加工中心的發(fā)展過程中,普通的X、Y、Z軸配合主軸已經(jīng)很難滿足現(xiàn)代加工的要求,針對多功能及復合加工的要求、人們又開發(fā)了B、W、U軸及各軸聯(lián)動以實現(xiàn)復合加工。筆者現(xiàn)僅就打軸加工的應用進行討論。

    在液壓氣動、工程機械、石油化工設備、汽車、機車車輛及電力設備等行業(yè)中,以橋殼、差速器殼體泵體及閥體類型的零件為主要加工對象。此類零件在使用臥式加工中心加工中,由于其自身結構特點及對加工方式的特殊要求,主要存在有下列問題:其一,此類零件有大量的內徑不同的同軸孔系且同軸度要求高;其二,有些泵體和閥體對其密封性要求非常高;另外還由于其它各種原因,使得此類零件的加工往往依賴專機。

    為了解決這些矛盾,刀具制造商推出了具備 U軸功能的刀具。此類刀具配有CNC控制單元與機床伺服系統(tǒng)連接(有關技術協(xié)議需事先與機床制造商討論),另配有連接軸完成驅動。以此實現(xiàn)U軸與Z軸聯(lián)動,可以完成錐孔、R面、車螺紋等加工。選配的探頭可進行自動測量、自動加工、提高加工精度,此方法對于普通臥式加工中心臨時追加U軸功能可以滿足要求。但是,在實際使用過程中。具備U軸功能的刀具存在下列不足之處:(1)刀具的伺服單元及驅動單元的連接與安裝對機床的系統(tǒng)功能及機械結構空間有特殊要求; (2)自身結構較單薄,不適用于強力重切削;(3)對于孔徑差別大的或加工內容有區(qū)別的加工,仍需采用多把U軸功能的刀具,由于這是專用刀具,價格較昂貴,所以很不經(jīng)濟。

2 具備U軸的臥式加工中心

    日本新瀉鐵工(NIGATA)開發(fā)生產(chǎn)的BFN系列復合臥式加工中心賦予了傳統(tǒng)臥式加工中心新的概念,其U軸功能不僅僅解決了上述異型件的加工問題,同時對于普通加工也大大減少了刀具使用數(shù)量,提高刀具集成化。其主要特點為:

1) U軸單元直接安裝于高剛性主軸端部,驅動單元通過主軸內部的齒輪、齒條傳動實現(xiàn),使得U軸的剛性大大提高;

2) U軸行程為50mm,最大鏜孔直徑可達300mm;

3) 刀柄形式為1/10的短錐、端面雙接觸刀柄,適用于高精度強力重切削;

4) 采用獨特U軸冷卻系統(tǒng),與U軸保持同步回轉,增強刀刃冷卻效果;

5) 配有專用編程輔助軟件(SNAP3),簡化、優(yōu)化編程及程序調試;

6) 另有自動探測、補償系統(tǒng)作為選擇功能(機內非換刀式),自動完成“粗加工→孔徑自動測量→U 軸自動補償→精加工”全過程。

 現(xiàn)舉簡例(見圖)比較BFN復合加工中心與傳統(tǒng)加工中心的加工工藝:


 傳統(tǒng)加工中心 BFN復合加工中心

刀具:14把 刀具;4把(另需探測頭1把)

1.Ø52 粗鏜; 1.Ø42~Ø68及端面粗加工;

2.Ø52 半精鏜; 2.Ø42~Ø68精加工;

3.Ø52 精鏜; 3.Ø98 精加工;

4.Ø68 粗鏜; 4.各端面精加工:

5.Ø68 半精鏜

6.Ø68 精膛

7.Ø98 外圓及端面粗、半精加工;

8.Ø98 外圓精鏜;

9.Ø42 粗鏜;

1O.Ø42半精鏜;

11.Ø42精鏜;

12.Ø64粗鏜;

13.Ø64半精鏜;

14.Ø64精鏜。

    僅此例可見、BFN復合加工中心大大減少刀具數(shù)量及輔助時間,體現(xiàn)了其復合加工的特性。

    上述諸多特點中,使用U軸加工時程序的編制與調試與使用者關系最為密切,且較一般數(shù)控加工程序有區(qū)別。NIGATA的專用編程輔助軟件(SNAP3)以宏程序的形式編制,依靠宏程序執(zhí)行器調用,既提高程序調用速度又釋放用戶宏程序可用空間。其具體功能包括:

內徑加工:G66.1 P8001;

外徑加工:G66.1 P8002;

端面V型孔粗加工:G65 P8003;

端面V型孔精加工:G65 P8004;

階梯端面加工;G66.1 P8005;

階梯端面反向加工:G66.1 P8005;

外螺紋加工:G117 M332;

內螺紋加工:G117 M333;

外錐螺紋加工:G117 M336;

內錐螺紋加工:G117 M335;

U軸坐標系設定功能;

刀具刀尖圓角左補償:G66.1 P8041;

刀具刀尖圓角右補償:G66.1 P8042;

U 軸位置補償功能:G101。

    用戶應用SNAP3編制加工程序,僅需依照加工輪廓的縱剖面,給出各拐點坐標值即可,宏程序自動安排加工工步,減少計算量及人為錯誤。反之,如果僅配置U軸功能而無類似的軟件支持,編制加工程序將是非常繁瑣的工作。另外,用戶可根據(jù)實際經(jīng)驗,調整一些宏參數(shù)來調整切削工步分配及每工步的切削參數(shù)以達到理想精度與尺寸。

3 存在的問題

    使用U軸加工,離心力的影響是不可避免的 (即便機床具有平衡配重機構)。NIGATA為此專門設計了G101-U軸位置補償功能。但是,主軸回轉時的離心力,受刀具重量、長度,回轉速度,切削狀態(tài)等因素影響而成為一個不定量。筆者根據(jù)實際使用經(jīng)驗認為,僅僅依靠“G101-U軸位置補償功能”是不夠的,需要一至二次試切,根據(jù)切削數(shù)據(jù),改變刀具補償值以達到目標尺寸。這些經(jīng)驗補償值可作為自己的數(shù)據(jù)庫,以備將來需要。

    同樣出于離心力的考慮,機床對于U軸使用時的最高主軸回轉速度予以強行設置,(當然可以通過修改參數(shù)值重新設置,但出于安全考慮,不推薦。)所以,對于需要高速加工的材料(例如:鋁材),加工效果不太理想。

    綜上所述,具備U軸功能的臥式加工中心無論從異型工件加工上還是提高加工效率、降低加工成本上,都是一種值得推廣的機型。但同時,這種復合加工中心在機械結構及軟件支持上還有進一步完善的必要。

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