超级筛底座数控加工编程研究范文

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摘要:通过对工艺流程的优化，在西门子840D数控系统下，灵活应用R参数、宏程序、镜像、平面旋转、空间旋转、螺旋插补等功能，完成了超级筛主关件底座的精密主轴孔、反刮孔内端面、电机安装斜面等重要工艺要素的数控编程和加工。

关键词:宏程序;编程指令;旋转坐标系;孔内端面加工

1工艺背景

底座是BF14260TD超级矩形筛的机架，是除筛箱之外的最重要主关件，其精度直接关系到驱动主轴运动是否可靠、上置筛箱动平衡稳定，以及重要进口件ROSTA的支撑性能，从而影响到整台超级筛的轨迹准确、稳定可靠和耐用寿命等工作性能。底座的关键结构要素如图1所示，其主要由主轴孔、电机安装面、底座面等组成，并形成一系列的尺寸链公差和形位链公差精密要求。经分析产品性能及加工条件如下:①安排在12m五面体数控龙门铣床加工，确立基准链转换的定位和调整方式;②制定工艺流程、重点编制出各工步在840D数控环境下的相应数控加工程序，从而达到机床精度最大趋同工件精度。

2工艺流程

通过基准链的定位转换及优化工艺分析，结合西门子840D数控系统编程技巧，可以得出底座的工艺路线［1－3］。下面根据工艺路线，梳理出底座的全部加工内容和工艺要求。

2.1旋转坐标系法复校电机安装面工件摆放及校对如图2所示，工件置于垫头上，校两对角线平行XY平面，有间隙用铜片垫实。校直两M粗基准，找正300中心，G面为工件坐标系Z零点，键入工件坐标系G54机床存储器中。绕Z轴旋转工件坐标系141°，检测电机安装斜面，如位置相差较大可绕Z轴底座微量转动，程序运行步骤见表1。

2.2镜象法铣底面粗铣底面(A面)可采用镜像功能编写程序，以X正向、Y正向作为路径编写程序单输入到子程序中，子程序为L1。A面数控程序见表2。

2.3螺旋插补法铣主轴孔下端面主轴装200盘铣刀，采用螺旋坡铣E面、铣平，留0.1mm余量同A面统一进行精铣。下端面(G面)数控程序见表3。

2.4螺旋插补法以铣代镗主轴下孔采用螺旋插补法以铣代镗主轴下孔(B孔)。B孔为8级精度采用机床插补精度足够，如果镗削则需配置大规格粗精镗排，也可采用快速坡铣代镗。B孔数控程序见表4，通过改变R1值可实现粗、精铣分开。

2.5圆弧插补法反铣内端面(H面)在300孔底部有一直径420mm、深5mm内面止口，可以用三面刃铣刀从孔底向上分层切削加工。也可以用镗杆装夹反向镗刀单刀飞削，此原理和三面刃铣刀相同。因整个加工过程都是断续切削，刀尖要耐冲击，所以磨刀时主偏角要小于90°，前角、后角和副后角不应过大，切削刃口及刀尖磨倒棱。F面反刮好后，在镗杆上装主偏角45°刀，倒孔口和孔底C3角。H面数控程序见表5，通过改变R4可实现径向分刀，通过改变R2可实现轴向分层实现内面反铣。

2.6固定循环圆阵列G面及A面钻孔G面、A面钻孔数控程序见表6。

2.7铣校准用X、Y向四点M、N工艺基准M、N工艺基准用于工件翻身后校正直线和找正中心用。Y负方向铣两处(M面)，且在同一平面，X正向铣两处(N面)，分别计算出各工艺基准到工件中心的距离，并精确记录。

2.8旋转坐标系法侧铣一半电机安装斜面(K面)运用西门子独特的FRAME功能，通过绕Z轴旋转XY坐标系141°建立新的坐标系，定位侧铣一半电机安装斜面，如图3所示。K面数控程序见表7，根据实际余量通过R1的改变实现分层加工。

2.9旋转和平移坐标系法固定循环点钻、倒角、攻一半安装面各斜孔角铣头Z负方向行程过大会触碰到其他相关面，故电机座面只能单侧加工孔。主轴装上直角铣头及相应钻头。运用FRAME功能，通过绕Z轴旋转XY坐标系141°建立新的坐标系，在此坐标系中完成X、Y、Z向以钻尖为目标点对刀，定位在第一个孔起始位坐标。避免了大量的三角函数计算和插补编程，可使斜面编程像在一般坐标中一样简单。安装面加工如图4所示。安装面两斜孔数控程序见表8，通过刀补的调整完成钻、攻丝、倒角等加工。

2.10铣等高垫头，底面朝下定位，调整，复校下主轴孔将四个辅工作台置于机床工作台上，在辅工作台上锁紧四块垫头并将其铣平。工件翻身后A面放在等高垫头上，校直工艺基准M面、N面。用寻边器找正工件中心，并按铣工艺基准时所记录的数值设定好工件中心，写入到工件坐标系存储器G55中再复校下主轴孔300。

2.11其他加工螺旋插补法铣主轴孔上端面，方法参考工艺流程2.3;螺旋插补法以铣代镗主轴上孔，方法参考工艺流程2.4;固定循环圆阵列法点钻、倒角、攻上外端面各孔，方法参考工艺流程2.6;旋转坐标系法棒铣电机另一半安装斜面，方法参考工艺流程2.8;旋转和平移坐标系法固定循环点钻、倒角、攻另一半安装面各孔等，方法参考工艺流程2.9。

3工艺要求

(1)加工前应先检查各加工面的余量，无法直接检查的可以通过加长刀杆、杠杆表、尺、机床编程功能等，辅助检测各加工余量，以确保加工顺利进行。(2)工作机床没有刀库，本文以每把参加工作的刀具分别进行Z向对刀。也可以统一基准平面对刀，分别计算出基准面到各尺寸链的数值，量出每把刀具的长度，设定长度补偿。(3)图纸要求G面平行于A为0.02，所以在工艺流程粗铣底面和下端面两道工序粗加工完成后，松掉压板，待工件冷却，重新垫实各垫头与工件接触面间隙，更换刀片，精铣A面和G面。工件自重足够保证精铣平面的稳定性，精加工好后拧紧压板螺丝，进行下道工序。(4)加工第二面时，为确保工件加工达到工艺要求，应做到以下几点:①第二面420大孔同轴于第一面300孔;②420孔端面平行于A基准面;③上下斜面在同一平面内。(5)将4个垫头置于机床工作台上(见图3b)，在辅工作台上锁紧四个等高块，有一块等高块应露出工件范围，用于在机床上打表测量加工平面到基准面A的高度，控制尺寸。用大直径刀盘铣平四块等高垫头，铣等高垫头时应选用垂直于Z轴较差的轴向铣削，且选择不拖刀方向进刀。比如X轴和Z轴垂直较好，Y轴和Z轴垂直较差，应选用Y轴方向为切削方向，而进刀方向选与Z轴夹角略大于90°的Y轴方向进刀。反之就会出现明显的接刀和拖刀现象，拖刀会加剧刀具磨损，错误选择切削方向和进刀方向会影响基准面的平面度，从而影响再加工面与基准面A的平行度和垂直度。(6)工件翻身后基准面A放在等高方向上，铣好的Y负方向两个工艺基准依旧朝向操作台，便于校正，此时X正向工艺基准朝向X负向。用杠杆表校直Y负向两个工艺基准，用寻边器寻找出各工艺基准面，并按铣工艺基准时所记录的数值设定好工件中心，并写入到工件坐标系存储器G55中。工件中心初步校好后在主轴上装一个长刀杆，用百分表吸附在刀杆上，机床从X负方向和Y负方向以较低速度移动到工件中心，低速定向定位会消除机床定位误差，能保证上下孔同心度。用手轮驱动Z轴，手动调整百分表，使百分表移动到已加工好的300孔壁，关闭主轴旋转监控，手工定向旋转主轴，使百分表旋转一圈X向Y向数值不变，如有变化，应向百分表数值小的方向移动一半的值差，且重新定位要遵循低速定向定位原则，直到主轴旋转一圈数值无变化，再重新设定坐标系。(7)铣电机另一半安装斜面时，在精加工前先预留量，打表上下斜面落差值是否和预留量在数值和方向上一致。分别打表上下斜面平行度，保证加工后同一旋转平面的要求。

4工艺结论

工艺识基准链，加工会一半;机床会坐标系，编程会一半;调整会校定位，操作会一半。正是通过工件的准确定位、工艺基准链的转换，以及相应坐标系原点的确定，使机床位置精度与图纸设计基准密切趋同，从而保证了各要素形位精度的实现［4］。(1)通过螺旋插补以铣代镗结合翻身校孔，保证了两主轴孔的八级尺寸公差和同轴度。(2)通过圆弧插补、条件跳转、径向分刀轴向分层、反向单刀，保证了有平行度要求的反向内面精铣加工精度。(3)通过西门子独特的FRAME功能，绕Z轴旋转XY坐标系建立新的坐标系，侧铣电机安装面和钻孔，省去了原坐标系中需要大量的函数计算和插补编程，非常方便地实现了斜面及其上斜孔的加工。

参考文献:

［1］徐衡．跟我学西门子数控系统手工编程［M］．北京:化学工业出版社，2018．

［2］李锋．数控宏程序实例教程［M］．北京:化学工业出版社，2010．

［3］机械工程师手册编委会．机械工程师手册［M］．北京:机械工业出版社，2007．

［4］徐文俊，郑丽文，申文权，等．一种基于MasterCAMX5和数控加工中心的零件表面雕刻技术［J］．林产工业，2018，45(5):54－58．

作者：严来成 徐强 单位：苏州苏福马机械有限公司