刘胜 高云鹏  赵雪壑 王培贺
          大连船用柴油机有限公司

摘要：本文根据精度检验块部件特点，探讨了该部件在加工中心加工的工艺难点，从旋转坐标系的建立、数铣弧型槽和斜方台加工等方向提出相应的解决方案，设计了针对性的加工工装，在实际加工中取得良好的加工效果，对解决其他类似零件具有一定的借鉴意义。
关键字：工艺难点 夹具分析 非标工装 加工程序
一、图样及工艺难点分析
       部件加工过程主要考察夹具的应用以及数控加工程序（其中包括坐标系旋转、刀具半径补偿、圆弧插补、宏程序的运用以及螺纹铣削加工等）的编制。考虑加工精度要求高、工步集中等多方面因素，主要从部件装夹的合理性以及斜方台形位公差进行控制分析。图件见下图1。
难点分析：1）零件材质为20钢，找不到有效合适的装夹定位精基准面。
2）斜方台两个方向的尺寸精度高，机床换向精度误差无法保证尺寸公差。
3）弧型槽深度和宽度公差在圆弧铣镗削会导致让刀，尺寸无法得到可靠保证，对刀具提出较高的要求。

                                                          图1精度检验块加工图
二、工装夹具的选择
       定位和夹紧是两个密切相关的过程，部件的合理装夹是保证加工精度的关键。受机床（沈机卧式加工中心）限制，如采用液压平口钳装夹，需要将平口钳装夹在弯板上，即要保证弯板与工作台的垂直度又要找正平口钳钳口，且工件装夹时需要在两个方向加等高垫，不易操作。另外，机床Y轴负方向极限行程位于工作台面以上10mm处，在加工两个斜方台时还要考虑刀盘直径能够覆盖350X200轮廓。经过计算，选取D160株州直角刀盘加工为宜，在图1主视图底面下端需垫加高度大于90mm的垫块，毛坯件需探出垫铁至少31mm，装夹系统存在欠定位问题，出现加工过程中工件移动以及装夹变形等问题，且毛坯件较重，单人装夹过程中存在一定的安全隐患。所以根据工件形状特点和加工要求，设计非标装夹工装如下图2所示：
       
                                   图2 非标工装的定位和夹紧
 
       此工装夹具为350X150X200的等高垫块改制而成，装夹水平面与垂直面的垂直度保证在<0.02mm，工装底面与装夹水平面的平行度<0.02mm，水平与垂直面交点处进行圆弧清根加工，保证部件翻个加工时无尖角干涉。在毛坯件装夹前找正胎具与X轴的平行度<0.02mm，然后只需加工出主视图底面一个基准面，就可以将工件放置于此工装上进行所有加工面和孔的加工，翻个加工时无需找正，节省辅助时间，操作简单。两个平面与胎具接触，能够有效的限制了Y轴和Z轴的自由度，装夹系统牢固可靠。
       此工装夹具紧设计特点：
1）确保工件既定位置不变，定位基准稳定可靠。
2）要求夹紧力大小适当，防止受到外力作用产生振动，同时减小工件的变形或损伤。
3）此套夹具工装可保证夹紧操作安全省力，工艺性和经济性好，便于制造。
三、工艺难点解决
      1.加工具体工步及刀具选配。
表1工艺规范
 

控制机床换向精度保证两个斜方台的加工

       机床的几何精度和动态切削精度是加工精度的重要保障。针对此部件中两个斜方台的加工，X轴和Y轴的交替换向，机床的反向间隙误差影响明显。需要通过加工程序进行补偿，具体加工程序为：
N10 M06 T3          ;D160直角刀盘
N20 ROT Z=45
N30 R1=70.71+0.05   ;/  斜方台此方向尺寸小于另一个方向(\)尺寸0.1MM
N40 R2=70.71       ;\
N50 R3=2
N60 G54 G90 G0 X=R1+100 Y100 W0 Z300 D8
N70 Z50
N80 M3 S500 F1000
N90 AA: G0 Z=-R3
N100 G64 G41 G01 X=R1 Y=R2
N110 X=R1 Y=-R2
N120 X=-R1 Y=-R2
N130 X=-R1 Y=R2
N140 X=R1+100 Y=R2
N150 G40
N160 G0 X=R1+100 Y100
N170 R3=R3+2
N180 IF R3<=20 GOTOB AA
N190 G0 Z300
N200 M05
N210 M06 T0
N220 M30
       在此加工程序中，通过试切削后使用外径千分尺测出斜方台两个方向的实际尺寸，修改程序N30和N40程序段进行调整，将斜方台两个方向的尺寸调整一致后，再通过修改刀具半径补偿值加工斜方台尺寸成品，有效消除因机床反向间隙误差而出现两个方向尺寸不一致的问题，保证了斜方台的尺寸加工精度。

运用R参数赋值加工弧型槽

       弧型槽的加工程序可以使用刀具半径补偿方法编程，也可以根据内外圆弧半径和刀具半径以及角度利用R参数赋值方法进行编程，这里主要介绍一下第二种编程方法的成品加工。将圆弧槽已知的条件分别赋值R数编写程序为：
R1=130     ；弧型槽内圆弧半径
R2=160     ；弧型槽外圆弧半径
R3=10      ；刀具半径
R4=25      ；角度
R5=10      ；槽深
R6=(R1+R3)*COS(R4)     ；(A点)内圆弧半径+刀具半径=X轴坐标
R7=(R1+R3)*S IN(R4)     ；(A点)内圆弧半径+刀具半径=Y轴坐标
R8=(R2-R3)*COS(R4)     ；(D点)外圆弧半径-刀具半径=X轴坐标
R9=(R2-R3)*S IN(R4)     ；(D点)外圆弧半径-刀具半径=Y轴坐标
G54 G90 G0 X=145*COS(25) Y=145*SIN(25) W0 Z300
Z0
M03 S700 F200
G01 Z-10 FB=50
G64 G01 X=R6 Y=R7
G02 X=R6 Y=-R7 CR=R1+R3
G03 X=R8 Y=-R9 CR=15-R3
X=R8 Y=R9 CR=R2-R3
X=R6 Y=R7 CR=15-R3
G01 X=145*COS(25) Y=145*SIN(25)
G0 Z300
M05
M02
            
                                图3弧型槽加工
 
结束语
       本文根据部件加工特点，采用专用夹具达到基准转化的目的，同时利用机床的交替换向所产生的精度误差，编写灵活的实用型数控加工宏程序，使复杂问题简单化，便于加工尺寸的调整，保证了加工精度，提高了加工效率。
 
参考文献
[1] SINUMERIK840D编程手册 2014版 西门子公司
[2] 冯志刚.数控宏程序编程方法、技巧与实例[M]. 机械工业出版社 2007.5
[3] 薛永科.前桥下横臂加工工艺难点分析与解决[J].机械制造，2011（4）