提升五軸加工中心加工精度的技巧探析
2020-12-9 來(lái)源： 中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司 作者：黃勇 蔣友強(qiáng)
摘要：使用五軸加工中心加工高精度圓周均布要素模具產(chǎn)品時(shí)，由于受機(jī)床精度和編程方法的影響，零件幾何精度達(dá)不到圖紙要求。因此，通過(guò)采用多種消除誤差來(lái)提升加工尺寸，達(dá)到了提升五軸加工中心零件加工精度的目的。
關(guān)鍵詞：五軸加工中心 加工精度 技巧
一些幾何要素相對(duì)于工件中心成圓周均布的模具類產(chǎn)品外形相對(duì)簡(jiǎn)單，但幾何精度要求卻非常高。由于模具類產(chǎn)品加工數(shù)量通常是單件小批量生產(chǎn)，不能采用試制 - 修正 - 生產(chǎn)的模式來(lái)消除加工誤差使產(chǎn)品符合精度要求。特別是對(duì)于尺寸大、價(jià)格高的模具產(chǎn)品，需要在加工前考慮如何減小機(jī)床誤差來(lái)提高加工尺寸精度。圖 1 為汽車模具中的一個(gè)零件材質(zhì)鋼，硬度為 HRC30。由于零件機(jī)加工要素尺寸和位置公差要求高，生產(chǎn)中生產(chǎn)人員采用了多種方法來(lái)減小誤差提升精度。
圖 1 模具結(jié)構(gòu)圖
1、零件加工難點(diǎn)分析
該零件最主要的加工難點(diǎn)有三個(gè)。難點(diǎn)一：相互對(duì)稱的兩個(gè) 80mm×65.6mm 的傾斜方框相對(duì)于零件中心的對(duì)稱度為 0.03mm。難點(diǎn)二：傾斜框?qū)挾葹?18 ～（80±0.01）mm，加工和測(cè)量困難。難點(diǎn)三：兩個(gè)相鄰的斜面之間有個(gè) R3 空間圓弧連接（見(jiàn)圖 2），需要解決加工問(wèn)題。
圖2 模具局部圖
2、難點(diǎn)解決方案
根據(jù)零件精度要求，選用海德漢 530 五軸加工中心 [1]加工該機(jī)床為擺頭加回轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)。由于五軸加工中心機(jī)床的動(dòng)態(tài)誤差受到機(jī)床溫度變化和聯(lián)動(dòng)加工回轉(zhuǎn)中心誤差的影響，對(duì)稱度要保證在 0.03mm 非常困難。針對(duì)這一情況，采用兩種方法減小誤差。一種是將車削后的毛坯安裝于工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)中心，采用主軸安裝百分表工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)將工件中心敲至工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)中心重合。另一種是斜面精加工程序采用手工編輯一個(gè)斜面的加工程序，通過(guò)修改坐標(biāo) C 軸偏置來(lái)重復(fù)加工其他 17 個(gè)斜面。采用此方法的好處是消除了機(jī)床實(shí)際回轉(zhuǎn)中心與機(jī)床存儲(chǔ)的用于計(jì)算的回轉(zhuǎn)中心數(shù)值的誤差，但是加工過(guò)程中加工完一個(gè)面后需要手動(dòng)修改 17 次 C 軸偏置，顯然不能使加工連貫，且存在修改錯(cuò)誤導(dǎo)致報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)研究，采用讀取數(shù)值編輯宏指令運(yùn)算后由機(jī)床自動(dòng)修改 C 軸偏置的方法來(lái)解決這一問(wèn)題。具體精加工程序如下：
精加工中使用循環(huán)功能程序簡(jiǎn)單明了，可以通過(guò)修改刀補(bǔ)方便地修正尺寸誤差。
難點(diǎn)二傾斜框?qū)挾?18 ～（80±0.01）mm 加工和測(cè)量困難問(wèn)題，采取兩種方法解決：一是粗精加工工序分開(kāi)，二是在精加工第一個(gè)框時(shí)采取增大刀補(bǔ)試切后測(cè)量尺寸再修正刀補(bǔ)的方法。由于臺(tái)階面深度淺，測(cè)量時(shí)采用紅外線測(cè)頭編輯測(cè)量程序，在機(jī)床上測(cè)量數(shù)值修正刀補(bǔ)。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)框尺寸達(dá)到精度要求后，加工第二個(gè)框時(shí)需要充分考慮由于不再試切而余量發(fā)生變化導(dǎo)致尺寸變化的情況。一般來(lái)說(shuō)，刀具越鈍，材料越硬，尺寸變化越大。
兩個(gè)相鄰的斜面之間，R3 空間圓弧的加工使用手工編程無(wú)法編輯。此處的 R3 圓弧結(jié)合軟件采用五軸聯(lián)動(dòng)局部加工的方法解決，但與兩側(cè)已加工的直線銜接同樣需要使用試切修正的方法，使得加工效果達(dá)到最好。
3、實(shí)際加工效果
通過(guò)將工件安裝在回轉(zhuǎn)中心修正 C 軸偏置，結(jié)合使用手動(dòng)編程的方法減小回轉(zhuǎn)中心誤差對(duì)位置度的影響，利用刀補(bǔ)修正結(jié)合紅外測(cè)頭測(cè)量的方法，可使尺寸精度符合圖紙要求。工件加工完成后，經(jīng)三坐標(biāo)測(cè)量形位公差和尺寸公差都符合圖紙精度要求。
4、結(jié)語(yǔ)
五軸機(jī)床加工高精度單件模具類零件時(shí)，需要在加工前從機(jī)床精度、找正方法、編程方法、尺寸修正等多方面綜合考慮，以消除誤差，提升加工精度。各方面細(xì)節(jié)考慮周全，能有效提升精度，減少工件報(bào)廢率。此外，手動(dòng)編程和軟件編程相結(jié)合的方法，可提升此類圓周均布形狀零件加工精度。
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