基于车铣复合中心的针阀接头数控加工.pdf

2 0 1 1年 4月 第 3 9卷 第 8期 机床与液压 MACHI NE T00L HYDRAUL I C S Ap r ． 2 01 1 Vo 1 ． 3 9 No ． 8 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 0 8 ． 0 1 1 基于车铣复合中心的针 阀接头数控加工 朱学超 苏州市职业大学，江苏苏州 2 1 5 1 0 4 摘要介绍利用车铣复合中心加工针阀接头零件的新工艺，重点分析加工难点的工艺过程 ，解决了采用普通数控加工 方法加工精密零件时加工精度低、效率低和工序分散问题，为符合现代制造技术发展方向的车铣复合加工的推广和应用提 供参考和借鉴。 关键词 针 阀接头 ；车铣 复合 中心 ；数控加 工工艺 中图分类号 T G 6 5 9 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 8 0 5 03 Ne e dl e Co nn e c t o r M a c h i ni ng Ba s e d o n Tur i ng mi l l i n g Co mp l e x CNC Ce nt e r ZHu Xu e c ha o S u z h o u V o c a t i o n a l U n i v e r s i t y ，S u z h o u J i a n g s u 2 1 5 1 0 4 ，C h i n a Abs t r a c t A n e w t e c h no l o g y f o r ma c hi ni n g ne e dl e c o n ne c t o r i n t ur i n g mi l l i ng c o mp l e x CNC c e nt e r wa s a n a l y z e d． S o me k e y p o i n t s o f t h e ma c h i n i n g p r o c e s s we r e f o c u s e d o n ．T h e q u e s t i o n s o f l o we r p r e c i s e ， l o w e r e ffic i e n c y a n d d i s c r e t e p r o c e s s e s i n a n o r d i n a r y l a t h e we r e s o l v e d ．I t p r o v i d e s r e f e r e n c e for p r o mo t i o n a n d a p p l i c a t i o n o f t u r i n g mi l l i n g c o mp l e x ma c h i n i n g t o me e t t h e d e v e l o p me n t o f mo d e m ma n u f a c t u r i n g t e c h n o l o gy ． Ke y wo r dsNe e d l e c o nn e c t o r ；Tu r i n g mi l l i n g c o mp l e x ma c hi ni ng ce nt e r ；NC ma c hi ni n g t e c h n o l o g y 随着现代制造技术 向高效 、精密 、复合方 向快速 发展 ，传统 的数控加工 工艺方 法已经无法满 足现代 产 品个性化 、多样化特点 ，工业 制造业 正经历着一场 向 精密化 、智能化 、柔性化发 展的技术革命 。 。在这 样 的背景下车铣 中心应运而生 ，出现 了车铣 复合加工 这一种新 兴 、高效 的数 控加 工 工艺 。车铣 中心是 集 车、铣、钻、滚齿、磨削和工件 自动装夹等多工序于 一 体的复合型精密机床 “ ，其强大的 C 、Y和 B轴 功能解决 了零件需多次装夹造成 的效率低 、精度低 的 难题。采用车铣技术不但可大幅度提高生产效率 ，而 且加工精度和加工表面的完整性都大大优于传统的机 羔 械加工，是一种高金属去除率的 “ 整体制造”技术， 被世界公 认为最具有技术带动性 、覆盖面广 的关键先 进制造技术 ，具有广阔的发展和应用前景 ，是机械制 造领域的重要 发展方 向 。 目前 车铣复合 中心逐 步 替代五轴加工中心应用于叶轮 、叶片类精密 、异型零 件的加工 。图 1 是某校工程训练 中心 承接生产 的某 外 资公司的针阀接头，属于加工要素较多的精密车铣复 合零件，该零件包含车削外圆、镗孔 、内外螺纹、轴 向和径向钻孔及攻丝等多步工序。若采用传统的数控 加 工工艺 ，需多 台不 同数控 设 备和 多次 装 夹才 能完 成 ；应用 车铣 中心加工仅需两 次装夹 即可完成 ，加 工 1 精度和效率高，因此该零件特别适合车铣中心加工 。 图 1 针阀接头零件图 针 阀接头零件技术分析 针 阀和针 阀接 头主要应用 于管路 中进行 精密流量 收稿 日期 2 0 1 0 0 3 2 9 作者简介 朱学超 1 9 7 8 一 ，在读硕士 ，实验师 、工程师、技师 ，主要研究方 向为现代制造技术 。电话 0 5 1 2 6 6 5 0 3 1 2 7 ， Ema i l z x c j S S V C ． e d u ． c n 。 第 8期 朱学超 基 于车铣复合 中心的针 阀接头数控加工 5 1 控制 ，针阀接头的加工精度直接影响到整个系统的密 封 防漏性能 。如 图 1 所示 ，该零 件 的加工要 素 较多 ， 车削美制螺 纹 1 5 ／ 1 6 2 6 U N S 一 2 A处 外 圆 、退刀 槽及 接 头两端 3 0 。 倒 角 ，镗 削 1 9 m m、 2 2 ． 7 6 m m 盲 孔 ， 镗 削 l 9 m m底 面带岛屿 的孔及 5 m m的岛屿 ，车削 1 5 ／ 1 6 - 2 6 U N S - 2 B和 1 5 ／ 1 6 _ 2 6 u N s - 2 A美 制 内外 螺 纹 ， 钻削 轴 向 孔 1 ． 2 m m、 2 ． 5 m m 和径 向孑 L 2 I n n、 M 5底孔 、M 5处 5 ． 2 m m孔 口倒角 ，攻 M5螺纹 ，同 时该零件要求控制的轴 向长度尺 寸较 多 ；部分表面质 量要求 较 高 ，图 中 R O ． 2 m m 圆弧 处 粗 糙 度 值 达 到 R a O ． 8 m，其他加工表面粗糙度要求达 R a 1 ． 6 m， 其中 西 1 9 m m底 面带岛屿的孑 L 的底面需二次接刀镗 削 ，要求 较 高 ；零件 材 料为 A L 2 0 1 1热轧 六 角 棒料 ， 径 向无精基 准 ，尺 寸偏 小 ，不 易 装夹 ，所 需 刀具 较 多 ，传统 的加工方法 和设 备需要反复更换刀具 以及多 次装夹 ，零件 的加工精度很难 满足技术要求和客户 的 需要 。因此 ，合理地安排 加工工艺和选择加工设备是 保证零件尺寸精度 的关键 。 2加工设备及工艺安排 鉴于该 零 件 车 、镗 、钻 、攻 丝 等工 序 多 ，精 度 高 ，故选 择 该 校 工 程 训 练 中心 车 铣 中 心 E M C O P C T U R N 3 4 5 一 I I 实现针 阀接头 零件 加工 ，该 设备 配备 先 进的 S i n u m e r i k 8 4 0 D数控系统 ，采用液压 卡盘夹持 工 件 ，配备气动机械手完成工件 的取 出 ，设备 主要技术 指标 如表 1 。 表 1 E MC O P C T U R N 3 4 5 一 I I 主要技 术指标 主轴／ 动力刀最高转速／ r ra i n 刀位／ 动力刀刀位／ 把 换刀时 间／ s 最大车削直径／ 加工长度／ ra m x ／ z 快速移动速度／ m ra i n x ／ z 重复定位精度／ m C轴快速旋转速度／ r mi n c轴重复定位精度／ 。 通过分析零件 的技术要求 、结构工 艺性 、工件的 材料性能 ，结合 车铣 中心 的 C轴 功 能及 动 力刀 具加 工特点 ，按 “ 工序集 中” 原则拟 定如 下的工 艺过程 装夹工件一 车端 面及 3 O 。 倒角一 钻轴向 西 1 ． 2 m m孔一 钻轴 向 咖 2 ． 5 m m孔一 钻径 向 m m孔一 钻径向 ． 2 m m螺纹底 孔 一 ． 2 m m孔 口倒 角 一 攻 M 50 ． 8 - 6 g 螺纹一粗、精车外圆一粗 、精镗孔 4 , 1 9 m m 带岛屿 处 一车 l 5 ／ 1 6 _ 2 6 U N S - ，2 A外 螺纹一 切 断一 掉头装 夹 一 车端面及 3 0 。 倒 角一 钻 1 9 m m、6 2 2 ． 7 6 m m处 底 孔一 粗 、精镗 l 9 m m、 2 2 ． 7 6 m m盲孔 一车 内螺 纹 一 修毛刺一检验一入库 。 3加工难点工艺过程分析 图 1 所示 1 ． 2 的孔深度 达到 1 2 ． 5 r ll m，长径 比大于 1 0 ，孔 径公 差 为 0 ． 0 6 m m，尺寸精 度要求 高 ， 属于典型 的高精度 深孔 钻削 。常规数控车床 由于主轴 转速较低 ，不能够满 足钻头对线速度 的要求 ，同时普 通麻花钻 由于受切 削刃锋利度 、韧性 、钻削精度及耐 用度等 因素影 响 ，难 以保证 钻削 精度 ，很 容 易崩断 。 经过不断实践 ，选用 了 1 ． 2 m m台湾苏式铝用直柄钻 头 ，运用车铣 中心高 达 5 0 0 0 r ／ m i n的动 力 刀具 ，采 用深 孔 啄 钻 的 方 法 较 好 地 解 决 了 该 孔 的 钻 削 ， 2 一 西 2 ． 5 也采用类似 的加 工工艺 ，不再 赘述 。平 均 每支钻头可加工 3 0 0～3 5 0个孔，效率、效益较高， 1 ． 2 和 2 一 咖 2 ． 5 采用 针规 检测方便快捷 。 图 1中局部 c视图 4 1 放大部分的镗削是该 零件 的另一难点 。图示零件 中心有 一岛屿 ，凹腔部位 无法一 次镗削完 成 ，需 按 图 2 a 所示 二次 接刀 镗 削点 c 处 。由于零件 结构的 限制 ，对镗刀 几何尺寸 有 特殊要 求 。经 过 不 断 实 践 ，选 用 日本 京 瓷 K Y O C E R A公 司 生 产 的 镗 刀 杆 S 1 2 M S V J P R0 8 1 6 E 适 用于端 面 、内径球 面 的精密小 零件 加工 ，较好 地解 决 了该部位 的镗削。同时图 1所示凹腔部位底面表 面 粗糙度要求达 R a 1 ． 6 m，R 0 ． 2 m m 的 圆弧处表 面粗 糙度达到 R a O ． 8 m，表面质量也较难控制，车铣中 心的重复定位精度可 以满足表面质量要求 。首先加工 ．2 mi l l 、3 0 。 的锥面 、1 9 mm孔 、舯 ． 5 m m 和 肋 ． 4 ／l l m 的圆弧、1 5 。 和 4 5 。 倒 角部位 ，镗刀 的走刀路 线如 图 2 b 所示 ，粗镗 时 将镗 刀快 速定 位 到点 o ，按 照 n 一1 2 一d的轨迹 进行镗 削 ，在 点 d退刀 ，完 成 第一次粗 加工 ；然后 刀具 依然 移 动到点 a ，沿着 n ～ - 1 3 一5 路线完成第 二次粗 加工 。前 两次 镗削 目的是快速切 除工件上大部 分加 工余量 ，并 留有 0 ． 3 m m余 量作为 精加 工 。精 镗时 ，镗 刀定位 到 1 ． 2孔 内，建立 刀具 半 径 补偿 移 至 R 0 ． 2 m m 起 点 e ，沿着 e 一7 8 9 1 O路线进行精 加工 。 a 二次 接 刀镗 削 b 镗 刀 的走 刀路 线 图 2 走刀路线 图 ∞ 坳 帅 5 2 机床与液 压 第 3 9卷 加工程序如下 TANG XUE． MPF 5 G71 G1 8 G5 3 G 0 0 2 3 0 Z4 2 0 DO C5 5 Tl 1 D1 UMS4 0 0 0 G9 7 2 5 0 0 M3 Z 5 M 0 8 第 一次走 刀路线 ； X1 Z 一0． 71 7 G01 x2 ． 1 F 0． 0 4 X4 ．1 2 Z 1 ． 3 F 0． 0 4 X1 8 ． 4 Z1 ⋯⋯ ／ 第二 、三次走 刀路线 ； 其次 ，图 2 a 中点 c处 哟 ． 5的 圆弧却 无 法 加 工 。经过 深入 分析和试 验 ，采 用主轴反转和刀尖定 位 于 2 ． 5孔 内 如 图 2 a 所示 可 以将 点 c 处 册 ． 5 的圆弧加 工完成 ，经检 测满足零件的技术要 求。镗 刀 在完成上 述三刀加工 后 ，刀具 定位 到 图 2 a 所示位 置，此时机床主轴反转，沿着 1 2 一c 一3路线完成 加工 ，无 明显接 痕。加工程序 G O 0 Z 2 0 G0 0 X 一7 ． 8 G 9 7 2 5 0 0 M 0 4／ 主轴反转 ； Z1 G0l Z一2 ． 6 F 0 ． O 6 X 一5 ． 5 F 0 ． 01 2 X 一5 Z一2 ． 1 6 7 CR 0 ． 5 G01 Z一1 ． 6 G 0 0 Z1 G0 0 G4 O X0 Z1 0 G0 0 X1 O O M0 9 G5 3 G0 0 X2 3 0 z 4 2 O D0 M0 5 M0 9 M0 0 4结 语 通过上述 分析 可 以 看出 ，车铣 中心等 复合 型制造设备 在加工 针 阀 接 头类精 密零 件时 有独 特的技术优 势 ，工 序集 中、精度高 、加工和辅 助 时 间 短 。上 述 针 阀 图 3 针 阀接头产 品 接 头零件 已在 某 校 工程 训 练 中心 实 现 了批 量 生 产 ， 产品如图3所示 ，产生了显著的社会效益和经济效 益 。 参考文献 【 l 】 付春林． 高端车铣复合加工中心的应用[ J ] ． C A D ／ C A M 与制造业信息化 ， 2 0 0 8 4 9 6 9 8 ． 【 2 】 李德珍 ， 李宪凯． 五轴车铣复合加工技术的现状与发展 趋势[ J ] ． 航空制造技术， 2 0 0 9 1 2 4 75 0 ． 【 3 】廖万荣． 车铣复合机床应用初探 [ J ] ． 航空制造技术 ， 2 0 0 8 5 4 7 4 9 ． 【 4 】张曙． 从车铣复合到完整加工[ J ] ． 新技术新工艺， 2 0 0 4 8 25 ． 【 5 】S c h u l z H， S p u r G ． Hi g h S p e e d T u r n mi l l i n g A N e w P r e c i s i o n Ma n u f a c t u r i n g Te c hn o l o g y f o r t h e Ma c hi ni n g o f Ro t a t i o n a l l y S y m me t r i c a l Wo r k p i e c e s [ J ] ． A n n ． C I R P， 1 9 9 0 ， 3 9 1 1 0 71 0 9 ． 【 6 】刘晋红 ， 高希慧 ， 宋建丽． 高速车铣加工 H S T M 一种新 型的精密加工技术 [ J ] ． 山西冶金 ， 2 0 0 9 2 6 8 ． 上接第4 9页 对 一 台 S I N U M E R I K 8 0 2 S系统数控机 床工作 台 的 轴进行测量 ，每 1 0 0 m m设 置 一个 测量 点 ，绘 出误 差曲线，补偿前后对比如图5所示。补偿前传动误差 最大 3 2 m，补偿后传动误差降低到 1 m以内。可 见传动误差补偿后 ，显著提高了机床 的位置控制精 度。 4结语 采 用误差补偿技术 ，将 数控机床某轴全行程内的 指令位置与高精度测量装置测得的实际位置进行 比 较，获得该轴误差的非线性映射关系，并将误差补偿 值输入 到数控 系统 ，构成半 闭环补偿型控制环路 ，提 高了半闭环数控机床的位置精度。文中采用的机械传 动误差检测方 法以及误差补偿 原理在数控 机床误 差补 偿 中具 有通用性 。 参考文献 【 1 】王爱玲． 现代数控机床伺服及检测技术[ M] ． 北京 国防 工业出版社 ， 2 0 0 9 ． 【 2 】李宁， 陈桂． 运动控制系统[ M] ． 北京 高等教育出版社， 2 0 0 4 ． 【 3 】董玉红 ， 杨清梅． 机械控制工程基础[ M] ． 哈尔滨 哈尔 滨工业大学 出版社 ， 2 0 0 3 ． 【 4 】张晶， 李铁才， 王立松． 半闭环三轴机床静态解耦轮廓控 制及螺距误差 补偿 [ J] ． 中 国机 械 工程 ， 2 0 0 8 ， 1 9 1 8 2 2 0 92 2 1 3 ． 【 5 】张可村 ， 赵英良． 数值计算的算法与分析[ M] ． 北京 科 学 出版社 ， 2 0 0 3 ． 【 6 】李郝林 ， 陈琳． 滚珠丝杠磨削加工热变形误差的分段补 偿方法[ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 0 9， 3 7 4 3 43 6 ．