燃汽轮机缸体倾斜孔数控铣削加工参数化编程

2012年2月第40卷第4期机床与液压MACHINETOOLHYDRAULICSFEB2012VO140NO4DOI103969JISSN10013881201204013燃汽轮机缸体倾斜孔数控铣削加工参数化编程杨顺田，彭美武四川工程职业技术学院，四川德阳618000摘要在机械加工中，常会遇到与机床主轴不垂直的空间大斜孔系的铣削加工。在三轴联动的数控镗铣床上，采用万向角度铣头改变机床主轴方向，使孔轴线与铣刀轴线一致，运用空间几何建立各加工变量之间的数学模型，实现空间斜孔铣削加工数控程序参数化。结果表明只需一次装卡工件，赋予相应变量值，就可完成孔系的加工。该方法的加工精度高，省工省力，可推广到类似空间斜面、倾斜槽的加工。关键词空间大斜孔；万向角度铣头；R参数编程；NC加工中图分类号TH1379文献标识码B文章编号10013881201240334PARAMETRICPROGRAMMINGOFCNCMILLINGPROCESSINGFORGASTURBINECYLINDERBODYINCLINEHOLEYANGSHUNTIANPENGMEIWUSICHUANENGINEERINGTECHNICALCOLLEGE，DEYANGSICHUAN618000，CHINAABSTRACTINMACHINING，MILLINGOFSPACELARGESQUINTHOLENOTVERTICALTOMACHINETOOLSPINDLEISOFTENENCOUNTEREDWITHTRIAXIALLINKAGECNCBORINGANDMILLINGMACHINE，UNIVERSALANEMILLINGHEADWASADOPTEDTOCHANGESPINDLEDIRECTIONSTOMAKEHOLEAXISANDMILLINGCUTTERAXISINCONSISTENTSPACEGEOMETRICWASUSEDTOESTABLISHMATHEMATICALMODELOFTHEPROCESSINGVARIABLES，ANDSPACEINCLINEDHOLEMILLINGNCPROAMPARAMETERIZATIONWASREALIZEDTHERESULTSSHOWTHATONLYCLAMPINGWORKPIECEONCE，ANDSETTINGCORRESPONDINGVARIABLESVALUE，MACHININGOFHOLEDEPARTMENTCANBECOMPLETEDWITHHI【GHPRECISIONANDHIGHEFFICIENCYITCANBEPROMOTEDTOSIMILARSPACESLANTANDTILTSLOTPROCESSINGKEYWORDSSPACELARGESQUINTHOLE；UNIVERSALANSLEMILLINGHEAD；RPARAMETERPROGRAMMING；NCMACHINING如图1所示，是为某汽轮机厂生产的“60MW燃汽轮机中压缸体”零件。图1燃汽轮机中压缸体可以看出上面分布了多个图中只画了4个直径为4,11949906MM、深200MM的斜孔，材质为ZG15CR2MOL，毛坯为铸钢件，斜孔已铸出毛坯孔，外球表面为非加工表面，有多个斜孔需要加工有关技术要求略。1技术方案对比该零件的特点是所要加工的空间斜孔与机床主轴不垂直，以往针对这类情况，通常的方法是将工件倾斜一定角度，使所加工的孔轴线与机床主轴一致，这就是通常的“摆活”方式，如图2所示。由于孔径在4,1000MM左右，可采用镗床镗孔的方式，也可采用铣床铣孑L的方法，两种方法对比分析如下。1I镗孔方案若采用图2所示的在卧式落地镗床上镗孔方案，机床主轴呈水平状态，工件要倾斜62。，所要加工的孔轴线才能到水平位置，这时，工件下方所垫方箱的高度按下列公式计算HI100860SIN62。1730MM，而且，气缸的一条棱边接触工作台面，且加工中气缸所受的力与工作台平行，因此，装卡稳固性极差，致使吃刀深度小，效率低，而且因重心过高还极易造成倾翻等安全事故。收稿日期20101216作者简OR杨顺田1962一，男，副教授，研究方向为数控加工技术。EMAILD_YST163CORN。34机床与液压第4O卷卜一镗杆2一镗73一方褶4一工件5一工作台图2在镗床上“摆活”镗空问斜孔12铣孔方案若采用图3加工方案，该方案是在48ML28M龙门铣上来完成，机床主轴呈垂直状态，工件要倾斜28。，所要加工的孔轴线才能到水平位置，这时，工件下方所垫方箱的高度按下列公式计算H1100860XSIN28。920MM，这时，下垫高度减少了近一倍，而工件上受到的加工力与工作台垂直，使R件的装卡稳固性大为提高，加工效率也成倍增长。具体方法为龙门铣铣轴按气缸中心及其他已加工面精确定位后，先用丁字刀盘划内圆9906、外圆1194加工线，然后用玉米棒铣刀排铣内外圆单边留量5MM，然后用丁字刀盘加工内圆9906、外圆L194至图纸要求。图3在铣床上“摆活”铣空间斜孔上述两种方案都是要将工件倾斜一定角度，使所加工的孔轴线与机床主轴一致，这就是通常的“摆活”方式，采用这两种方式，每加工一个斜孔，工件均要装夹一次，不仅费工、费力，而且每装夹一次，基准也不容易重合，找正定位误差大，加工质量无保证2万向角度铣头铣削空间斜孔特点通过万向角度铣头改变机床主轴方向，使孔轴线与铣刀轴线一致。采用万向角度铣头铣孔只需一次装卡工件，省工、省力，定位精度高。若是在五面体加工中心上加工四轴或五轴联动，编程相对简单。但现在大多数企业的数控机床是三轴联动，另加L一2个不能联动的回转轴。在这种条件下，编程就相对复杂1空间几何变量之间的数学关系不易求解，要建立各加工变量之间的数学模型；2空间坐标系的变换，要将铣刀的空间运动转化为平面运动；3编写的程序要有通用性，以加工不同倾斜角度与不同直径大小的孑L；4铣削空间斜孔时，注意铣刀刀补的处理。21万向角铣头铣孔方案设计11949906的大斜孔分布在外球表面上，利用万向角度铣头铣孔，如图4所示，先在普通立式车床上加工出半球底面，并在该半球底面附近加工出“找正基准带”以便工件的找正与装卡，由于工件上已铸出毛坯孔，且孔的直径很大，直接采用铣孔的方法。图4程序参数设定22程序参数设定程序中有的参数是直接由零件图纸给定的，称为直接参数，另一种参数是编程中要间接获得或需要调整的参数，两类参数分别设定如下221直接变量设定加工孔半径；R斜孔倾斜角度孔轴线与水平轴线正方向的夹角；R斜孔的有效深度；刀具与斜孔底面的进刀距离；R考虑出刀距离之后，孔的最终深度；R斜孔顶面中心孔的坐标，孔中心的坐标轴设为0；第4期杨顺田等燃汽轮机缸体倾斜孔数控铣削加工参数化编程35斜孔顶面中心孔的Y坐标；R斜孔顶面中心孔的坐标；尺铣刀半径。222操作控制参数设定加当前深度；圆周方向，圆周等分参数；深度方向，每次加工的深度深度步长；R每次插补的角度步长控制插补精度；R49考虑斜外圆柱内孔的加工，R1，一1为斜圆柱的加工，一1为斜圆孔的加工。23空间各参数坐标点的计算根据图5所示，要计算动点P的坐标，要求出OP与PP的长度LOER01COSR46LEEOL。46图,中已R表S明IN了ROP与轴平行，其长度就是点P的坐标，PP的长度是在坐标平面内，需要进行分解，即Y坐标等于PP的长度，。坐标等于PP的长度，因此点P的坐标计算如下R01COSR46YR01。SIN。SINR0207ROLSINR46。CO8R0208图5缸体斜孔空间各参数坐标点的计算3参数化数控程序设计31斜孔加工尺参数子程序2NR斜孔时，通过动点P铣刀控制点的坐标，进行R参数编程，并同时考虑刀具半径与孔的深度参数，这样就将铣刀的空间运动转化为平面运动了。编写的R参数子程序具有很强的通用性，只要在主程序中赋予相应变量值，就可以适应不同倾斜角度与不同直径大小的孔铣削。KONGJISHUANSPF斜孔加工R参数子程序N05R01R01R49R09R460在主程序中，R49根据实际情况选1或一1N10WAICENR201T20一R47WAICEN为循环标号孔深为外层循环，铣完一层圆，深度再下刀N15R12R20SINR02计算当前层面P点的Y坐标，见图5N20R13R20COSR02计算当前层面P点的Z坐标N25R32R22R20SINR02当前层面孔中心点的Y坐标R07N30R33R23R20LCOSR02当前层面孔中心点的Z坐标T08N35G01YR32ZR33孔深进刀，第一次在孔中心，以后在0。位置N40MEICEN孔圆周为内层循环开始N45R12R01COSR46OPX的长度N50R13R01SINR46PPX的长度N55R31R12最终切人零件轮廓的X坐标N60R32R32R13SINR02最终切入零件轮廓的Y坐标N65R33R32R13COSR02最终切入零件轮廓的Z坐标N7OG01XR31YR32ZR33N75R46I46R48圆周角度改变，进行下个点插补N80IFR46R05GOT0BMEICEN孔圆周为外层循环结束N90M17；子程序结束图6为加工斜圆柱的现场图片。万向角度铣头工件镗床主轴图6R491，JJDT斜圆柱32斜孔铣削主程序加工斜孔主程序是调用相应R参数子程序，赋予相应变量值，就可完成相应孔的加工。每加工完一个孔后，工作台带轴旋转一个角度，加工下一个孔，直到加工完全部孔，结束程序。36机床与液压第4O卷XIEKONGMPF斜孔铣削主程序N05R010R0262R49一1R010表示先走到斜孔中心，R02表示倾角，R49一1表示加工内孔NIOR0420R05一200起刀高度设为20，R05表示孔的最终深度NI5R060R071150SIN62计算斜孔的中心坐标N20R081150COS62计算斜孔中心坐标N25G00G54G90X0G17选择XY平面，确定工件零点，绝对尺寸编程N30G00YR0720ZR0820快速定位，50为安全距离N35R20R04斜孔初始高度N40R22R20SINR02R07考虑孔中心点坐标R07N45R23R20COSR02R08考虑孔中心点坐标R08N50S1200M03F300设定主轴转速、转向、走刀速度N55G0OX0YR22ZR23快速接近工件，到达斜孑L中心P起点位置N60MKKONGJISHUAN调用子程序，MK标号N65G01X0退刀，由于是斜孔，退刀很关键，先将刀具退到孔底中心N70G00YR22ZR23斜线退回，到达斜孔起点中心，千万不能直接抬刀N75BINC90若有四个孔时N80REPEATMKP3程序段重复P次N85M30主程序结束图7为加工斜内孔的现场图片。铣削B9906MM倾斜内孑1工件找正带数控落地镗床图7R一1，力口工斜内孑L4结束语采用传统的“摆活”方式加工斜面、斜孔、斜槽都是以牺牲效率换来的工件要多次装夹，需要设计制造专用工艺装备，加工中工件稳固性极差，又存在安全隐患等；而使用万向角度铣头加工类似零件如GE缸各斜面、斜孑L、斜槽等见图8，也只需一次装卡工件，节省了工时和体力，产品精度得到了很好的保证，取得了较好的应用效果。同时，工件在加工中的安装基面就是工件以后的工作基面，稳固性好，也消除了加工中的安全隐患。说明通过万向角度铣头与参数子程序编程的完美结合，完成斜面及其上的孔、槽的加工是完全可行的。另外，对同一个R参数子程序KONGJISHUAN，通过改变的值，可实现斜面外圆柱内孔的加工，一举多得，这就是“用脑力换体力、用脑力换效率、用脑力换质量”的方法，加工质量与效率得到了同步提高。参考文献图8万向角度铣头加工GE缸各斜面、斜孔及斜槽【1】王贞凯，吴勤大型雕塑曲面零件五轴联动数控加工技术JCADCAM与制造业信息化，200234045【2】吴大中五轴联动数控加工非线性误差控制及后置处理D上海上海交通大学，20076894【3】张凯，万立新叶轮加工JCADCAM与制造业信息化，2002113234【4】倪为国，潘延华铣削刀具技术及应用实例M北京化学工业出版社，200714052【5】冯西桥核反应堆压力管道与压力容器的LBB分析R北京清华大学，1997160173【6】郑文虎难切削材料加工技术M北京国防工业出版