基于DMC125U机床的方箱工装多件柔性加工技术.pdf

工艺与检测 T e C h n 0 Io g y a n d T e s t 基于 D MC 1 2 5 U机床的方箱工装多件柔性加工技术 王继均 康志文 刘卫武 中航工业成都飞机工业 集 团 有限责任公司结构件厂， 四川 成都 6 1 0 0 9 2 摘要 介绍了就拓展 DMCl 2 5 U立卧转换式机床的使用范围和加工效能的一种方法。该方法通过一种通 用工装方箱。 采用方箱进行卧式四面多件柔性J j - r 。该J j - r 方法研究解决了装夹、 程序循环调 用、 带机床参数仿真 、 J j - r 过程刀具监测等方面技术问题 。 将 D MC 1 2 5 U机床的 自动装卸、 自动找 正、 自动检测等功能有效地联系在一起 ， 最大限度拓展 DMC 1 2 5 U机床的加工能力。该加工方法适 用于批量生产 ， 能缩短工件的加工准备时间、 机床停机等待时间， 成倍提高机床的加工效率 。 能一次 装夹 8个工件 。 实现无人工干预循环加工。 关键词 方箱 ； 循环加工 ； 宏程序 ； 加工效率 中图分类号 T H1 6 2 文献标识码 A Qu a d f a c e s mu l t i p l e p a r t s f l e x i b l e ma c h i n i n g t e c h n o l o g y b a s e d o n DMC1 2 5 U ma c h i n e WA N G J i j u n ，K A N G Z h i w e n ， L I U We i w u C h e n g d u A i r c r a f t I n d u s t r i a l G r o u p C o ． ， L t d ． ，C h e n g d u 6 1 0 0 9 2 ，C H N Abs t r a c tI n t r o d u c e s a me t h o d t o e x p a n d u t i l i z a t i o n r a n g e a n d ma c hi n e e f fic i e n c y o f DMC1 2 5U s t a n dho r i z o n t a l t y p e ma c h i n e ．T h i s me t h o d i s a c h i e v e d b y q u a df a c e s mu l t i p l e p a rt s fl e x i b l e ma c h i n i n g b y u s i n g a c o mmo n t o o l i n gs q u a r e b o x ． Th i s ma c hi n i n g me t h o d r e s o l v e s t e c h n i c a l p r o b l e ms l i k e c l a mp i n g，p r o g r a m r e p e a t e d u t i l i z a t i o n，ma c h i n e p a r a me t e r s i mu l a t i o n a n d t o o l mo n i t o r i ng d u rin g ma c h i n i n g，e t c ．a n d i t i n c o r p o r a t e s f u nc t i o n s o f DMC 1 2 5 U l i k e a u t o i n s t r e mo v a l ，a ut o c o r r e c t i o n a n d a u t o i n s p e c t i o n， e t c ．，S O t h a t t h e ma x i mu m e x pa n s i o n o f ma c h i n i ng c a pa b i l i t y o f DMC1 2 5U ma c h i n e i s a c h i e v e d．Thi s me t ho d i s a p p l i c a b l e t o p i e c e p a rts b a t c h p r o d u c t i o n，wh i c h c a n s h o r t e n t he ma c h i n i n g p r e p a r a t i o n t i me a nd ma c h i ne s t o p wa i t i ng t i me，a n d i n c r e a s e ma c h i n i n g e f fic i e n c y b y t i me s ． Ea c h c l a mp i n g c o Y e r s 8 p i e c e p a rts，S O c y c l e ma c h i n i n g wi t h o u t hu ma n i nt e r f e r e nc e i s a c h i e v e d． Ke ywo r d s s q u a r e b o x；c y c l e ma c h i n i n g；ma c r o p r o g r a m ；ma c h i n i n g e f f i c i e n c y D MC 1 2 5 U机床是一 台动柱式立卧转换加工 中心 ， 立柱带动主轴头完成 轴、 z轴 以及 A轴摆角运动 ， 工 作 台完成 l ， 轴和 C轴旋转运动。D M C 1 2 5 U配有 2个 自动交换工作 台， 工作台上带有固定的安装工位 ， 保证 托盘位置的定位精度。双工作 台可 以在一个工作台加 工工件的同时对装卸位置的工作 台进行 工件 的装卸， 双工作台设 置可以缩 短辅助时问， 提高加工效率 。 机床控制系统为 S I E ME N S 8 4 0 D， 五轴联动支持 R P C P 方式 ， 由程序 T R A O R I 指令打开。 该机床集成了立式加工机床 的通用性强 、 使用方 便与卧式加工机床的结构刚性好 、 易排屑的优点 ， 是一 种有利于实现多面加工和加工 自动化的高端数控加工 设备。由于该机床在立式状态下主轴只能过工作台中 心 1 0 0 m m， 致使机床加工范围受到很大局限 ， 很多工 件 由于机床结构原因 ， 在立式状态下加工过程易超程 或者无法加工。若仅使用机床 的立式加工方式 ， 则完 全没有发挥其卧式加工的优点。 本文介绍了一种在 D MC 1 2 5 U机床上使用的四面 多件柔性加工技术 ， 该技术能将机床的 自动装卸 、 自动 找正、 自动检测等功能有效地联系在一起 ， 并通过通用 四面方箱实现机床的数控加工过程无人工干预， 能进 一 步提高加机床的加工效率 ， 并使得机床在卧式状态 下能加工更多的工件 ， 最大限度地拓展 D MG机床 的 加工能力。 1 方箱工装特点及存在问题 1 ． 1 方箱工装的特点 D MC 1 2 5 U机床的 C轴旋转功能是机床效率提升 的关键功能， 对其合理利用可实现单工作台多工位加 工功能。机床立式状态下以往使用多为利用工作台的 Z U1 b 年 寻； 4 朋 工艺与检测 T e c h n 0 Io g y Q n d T e s t 序指令调用主程序加工 ， 不需要再去管理其他 的如子 程序。该方法可 以最大限度使用机床 的探 头 自动测 量 、 刀具管理及检测、 工作 台 自动交换等功能 ， 可 以实 现多个工件连续、 自动加工 ， 实现机床无人值守。 程序 自动循环方式如图4 。 动 交 换 i 日l 自 动 测 量1 日 l 自 动 寄 存 1 日l 自 动 调 用 1 日 I 自 动 运 行1日 l 自 动 交 换 l l 工 作台I l原点 坐 标l’ l坐标 数据 I ’ l 坐 标数 据l ’ l 加工 程 序l ’ l 工作台 l 图4 程序循 环流程筒 图 ； 探头测量子程序 C Y C L E 8 0 0 1 ， ” T C 1 ” ， 0， 5 7， 0， 0 ， 0 ， 一9 0 ， 0 ， 0， 0， 0， 0， 一1 ； 旋 转 坐标 系 G 5 0 7 ； 激活原点坐标 R 7 0 7 ； 确认原点坐标 H 7 11 0 ； 孔 尺寸 M 2 7 ； 激活探头 G o X 】 Y 0 Z 2 0 0 A一 9 0 C 0 ； 按工件孔的位置更改 C O l z一 7 F 3 0 0 O ； 探头移动到测量位置的深度 一MVAR 1 0 1一 S ET VAL 11 7 1 一P RNUM 1一KNUM R7 0一F A 1 0 一 T S A 1 0 一VMS0一NMS P 1 ； 被测孔的测量参数 C Y C L E 9 7 7 ； 探头的孔测量子程序 G l Z 2 0 F 2 0 0 0 ； 探头回退的移动位置 ， 可更改 X 5 0 ； 探头移动位置 ， 可更改 一MVAR 1 0 0一S E T VAL0一PRNUM 1一MA 3一KNUM R7 0一 FA 2 0 r SA 2 0 一VMS0～NMS P 1一EVNUM 0 ； 被测面的参数 C Y C L E 9 7 8 ； 探 头的面测量 子程序 G 0 0 Z 2 0 0 ； 探 头回退 的移动位置 C Y C I E 8 0 0 ； 取消坐标系旋转 Ri OMYMPU I F R[ R 7 0， X， T R] ； 存 x坐标到 R 1 0 RI 1MYMPU I F R[ R 7 0， Y， T R] ； 存 Y坐标到 R l 】 R1 2MYMP U I F R[ R 7 0， Z ， T R] ； 存 z坐标到 R1 2 M0 2 ； 探头测照数据赋值 1 t 7 0l 3 MYMP U I F R[ R 7 0， X， T R]R1 0 MYMP ～U I F R[ R 7 0， Y， T R]R1 1 MYMP U I F R[ R 7 0 ， Z ， T R]R 1 2 MYMP U I F R[ 1t 7 0 ， c， T R] 0 M3 0 ； 原点 杯赋值 R7 05 MYMP U I F R[ R 7 0 ， X， T R]M YMP U I F R[ 1 3， X， T R] MYMP U I F R[ R 7 0 ， Y， T R] M YM P U I F R[ 1 3， Y， T R] MYMP U I F R[ R 7 0 ， Z ， T R]M YMP U I F R[ 1 3， Z， T R] MYMP U I F tt [ R 7 0 ， C， T R]MY MP U I F R [ 1 3 ， C， T R] M3 0 2 ． 3 防止机床加工干涉与碰撞 在用方箱工装加工工件时 ， 主要有三种撞机可能 一 是加工不 同工位工件之间的程序切换 ； 二是单个程 1 04 序加工中的碰撞 ； 三是长形工件 在长方 向上带有角度 的工件。 解决办法 1 对卧式 加工工件 的程序带头做 了特别规定 ， 程序最开头加入 了机床特殊指令 ， 让 主轴在程序开始 前就回到安全位置 ， 然后激活原点让工作 台旋转至加 工工位。具体程序带头见图 5 。 图5主程序标准带头 2 对程序编制做 了特殊规定 ， 即程序 中严禁带 有A轴回零指令， 程序切削工件的初始下刀位置必须 是 A轴 一 9 0 。 ， 程序校对要做带机床几何参数的全要素 计算机仿真， 并仔细核查仿真过程。 3 工件在 方向上有角度 时， 需要 C轴转动来 加工零件有角度区域。因为机床机构 的原因， 机床在 卧式加工时 ， 由于主轴头的机构庞大 ， C轴在转动时主 轴机构可能与工件 和工装发生 干涉。因此在加 工 向带角度的工件时有特别要求 ， 长形工件在长方向上 带有角度的工件大致分为两种 一种是端头外形闭角 ， 一 种是端头外形开角。 端头外形为闭角时， 这种工件在加工 中不会与机 床主轴发生干涉 ， 因此这种工件 比较适合在方箱上加 工， 对此无特别要求 ， 如图 6所示。 端头外形为开角时， 当角度过大时方箱极易与主轴 机构发生碰撞 ， 如 图7所示 ， 此类工件是不适合在方箱 上加工的。因此在选择工件时应避免选择该种工件在 方箱上加工， 或者将工件装夹方向旋转 9 0 。 ， 使工件角度 区在 A轴方向加工 ， 避免 C轴在加工过程中转动过大 。 2 ． 4 防止刀具意外产生质量问题 D MG 1 2 5 U机床配有刀具测量仪 ， 可对刀具进行测 量和检测 ， 对于刀具在加工 中可能出现的磨损 、 崩齿、 掉刀现象 ， 可通过将刀具检测程序嵌入到工件加工程 序中， 用以加工过程中对刀具 的使用情况进行监测 。 刀具检测程序示例如图 8 。 Z U l b 1年 昂q朋 工艺与检测 6 结语 本文使用金相显微镜观察发现， 面齿轮磨削表层 的金相组织为细针状回火马 氏体、 残 留奥氏体和粗大 碳化物 ， 心部组织为粗大 的板条状 回火马 氏体 。基于 二次响应 曲面法对面齿轮进行了磨削试验 ， 得 出面齿 轮磨削工艺参数优选组合， 即当砂轮转速 3 9 0 0 r ／ s ， 磨 削 深 度 a 1 0 m， 砂 轮 摆 动进 给速 度 V 5 ． 8 m ／ m i n 时， 残余奥氏体量 A r 1 7 ． 5 ％， 马氏体 晶粒 度为 2级 ， 疲劳寿命可达 5 ． 01 0 次 ， 此时面齿轮组 织性能最优。并建立了面齿轮残余奥氏体量的预测模 型， 经检验该预测模 型在试验条件 内有较高的置信度 和实用性 ， 为面齿轮磨齿质量的控制提供 了依据。 参考文献 [ 1 ] B a r o n e S ， B o r g i a n n i L， F o r t e P ．E v a l u a t i o n o f t h e e ff e c t o f mi s a l i g n me n t a n d p r o fil e mo d i fi c a t i o n i n f a c e g e a r d ri v e b y a f i n i t e e l e me n t me s h i n g s i m u l a t i o n [ J ] ．J o u rnal o f M e c h a n i c a l D e s i g n ，T r a n s a c t i o n o f t h e A S ME， 2 0 0 4， 1 2 6 5 9 1 69 2 4 ． [ 2] F a y d o r L L i t v i n a ，I gna e i o G o n z ale zP e r e z b，A l f o n s o F u e n t e s ， e t a1． De s i g n，g e n e r a t i o n a n d s t r e s s a n a l y s i s o f f a c e g e ar d r i v e wi t h h e l i c a l p i n i o n [ J ] ．C o m p u t e r Me t h o d s i n A p p l i e d Me c h a n i c s a n d E n g i n e e ri n g ， 2 0 0 5， 1 9 4 2 3 8 7 03 9 0 1 ． 『 3 ] 沙桂英 ． 孟庆昌， 冯 晓曾． 高危奥 氏体化对 4 0 C r 钢疲劳 裂纹扩 展行 为 的影响 [ J ] ． 金属热处理 ， 1 9 9 0 1 1 1 21 9 ． [ 4 ] I n o u e H． P r o g r e s s R e p o r t o n N i c k e l C a r b u r i z in g S t e e l s M] ． N e w C ale d o - nia I n t e rna t i o n al Ni c k e l Co ． ，1 9 7 4． [ 5 ] Wa i d a T ． T h e r o l e o f n i c k i n c a r b u ri z i n g s t e e l s [ M] ．N e w C a l e d o n i a I n - t e ma t i o n al Ni c k e l Co ．，1 9 7 4． [ 6 ] Ma t lo c k D K， A l o a g b K A，R i e h a r d s M D S ．S u rf a c e p r o c e s s i n g t o i m- pr o v e t h e f a t i g u e r e s i s t a n c e o f a d u an c e d b ar s t e e l s f o r a u t o mo t i v e a p p l i e a t i o n [ J ] ． Ma t e r s ． R e s ． ， 2 0 0 5 ， 8 4 4 5 3 4 5 9 ． [ 7 ] 肖粤翔． 非 参数 响应 曲面方 法研究及 应用 [ D] ．天 津 天 津大 学 ， 2 0 0 4 4 5． [ 8 ] 严密 ， 孙俊才 ， 王春生． 工艺参数对等温淬火球 墨铸铁残余奥 氏体量 的影响[ J ] ． 钢铁研究学报 ， 1 9 9 5 ， 7 6 5 3～ 5 7 ． [ 9] 魏世 忠， 朱金华 ， 徐流杰 ， 等． 残余奥 氏体对高钒 高速钢性能 的影响 [ J ] ． 材料热处理学报 ， 2 0 o 5 ， 2 6 1 4 4～ 4 7 ． [ 1 0 ] 刘宪冬 ， 王心明 ， 腾巍 ， 等． 磨 削量对渗碳钢表面残余应力 和奥氏体 量的影 响 [ C]．天 津 第 十 次 全 国热 处 理 大 会 论 文 集 ， 2 0 1 1 3 013 0 5 ． 第一作 者 明兴祖 ， 男， 1 9 6 4年 生， 工 学博士 ， 教 授 、 硕士研究生导师 ， 研究方向为数字化制造理论与装 备技术， 已发表论文 3 0多篇。 编辑李静 收稿 日期 2 0 1 50 9 2 4 姆 啪_≥ 。 lI ， 盘 落 裹 囊 自 l鏖 囊 法。 { 麟 囊 蝴淘 蔼者 意 藏 调蠢 裹 牵 湘庭 rJ。 上接 第 1 0 5页 表 2 单件与多件 加工时间对 比表 mi n 加工方式 数量 加 工前准备时间 J J U m单件时间 装卸时间 总时间 时间差 单件 1 1 2 0 一次性 9 0 2 2 0 7 5 方箱 1 2 4 0 一次性 4 5 2 9 5 单件 8 1 2 0 一次性 9 0 9 2 0 双工作 台交换 0 2 4 0 方箱 8 2 4 0 一次性 4 5 6 8 O 单 件 6 0 1 2 0 一次性 9 0 6 1 2 0 2 5 8 0 方箱 6 0 2 4 0 一次性 4 5 3 5 4 0 减少了工件的装夹 、 测量和机床调整等时间， 使机床的 切削时间达到机床开动时间的 8 0 ％左右 普通机床仅 为 1 5 ％ ～2 0 ％ ； 同时也减少了工序之间的工件周转 、 搬运和存放时间， 缩短了生产周期 ， 具有明显的经济效 果。该加工方法 能将 D MC 1 2 5 U机床 的 自动装卸 、 自 动找正、 自动检测等功能有效地联系在一起并通过一 通用工装实现机床的数控加工过程无人工干预。该加 工方法适用于大批量生产 ， 能缩短工件的加工准备时 间 、 成倍提高机床的加工效率。 参考文献 [ 1 ] 张光学．浅谈 卧式加工 中心 的应用 [ J ] ． 硅谷 ， 2 0 1 0 2 4 1 2 4 ． 『 2 ] 原华 ． 沈健． 多 主轴卧式加工中心实现高效加工 『 J ] ．组 合机床与 自 动化加_T技术 ， 2 0 1 2 8 9 69 8 ． [ 3 ] 刘丹 阳， 张明洋 ， 徐兆成 ， 等西 门子 8 4 0 D系统五轴加 工功能在精 密 卧式五轴加工中心上的应用 [ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 1 1 ， 3 9 2 4 57 ． [ 4 ] 周泽华． 金属切削理论 [ M] ． 北京 机械工业 出版社 ，1 9 9 2 ． [ 5 ] 刘 雄 伟． 数 控 加 工编 程 的理 论 基 础 [ M] ． 北 京 机 械 工 业 出 版 社 ， 2 0 0 0 ． [ 6 ] 王德跃 ， 王华侨 ， 李 新洲． D MU1 2 5 P数控 立卧转 换加工 中心 的应 用 与编程 [ J ] ． C AD ／ C A M与制造业信 息化 ， 2 0 0 4 1 O 7 27 4 ． 第一作者 王继均 ， 男， 1 9 8 1年生 ， 工程 师， 数控主 管工艺师， 研究方向数控加工工艺。 编辑孙德茂 收稿日 期 2 0 1 5 0 9 1 5 变薄 鬻 D 4 筠0 lI 量 _ ⋯ t 鲡糕 麴 熊 麟 羽番潦 熊 变l 嘲号 囊 镶 器髓 裹巾l饷捆废位I l 口 茎 兰 2 0 1 6年第 4期