曹 振 范利娟

（南京模擬技術(shù)研究所，江蘇南京210016）

0 引言

在現(xiàn)代工業(yè)化背景下，隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的迅猛發(fā)展，零件設(shè)計(jì)的形狀特性越來越復(fù)雜化、多樣化。具備銑削、車削和鉆孔功能的車銑復(fù)合機(jī)床得到了快速發(fā)展，其具備傳統(tǒng)加工設(shè)備所不具備的加工能力，能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的加工和經(jīng)濟(jì)性要求。采用車銑復(fù)合加工技術(shù)對零件進(jìn)行加工，可以實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成全部或大部分加工工序，從而大大縮短了產(chǎn)品制造工藝鏈，避免了由于定位基準(zhǔn)多次轉(zhuǎn)化而導(dǎo)致的誤差積累，提高了產(chǎn)品的加工精度。

1 EMCO HT65 PowerMill九軸五聯(lián)動非正交車銑復(fù)合加工中心運(yùn)動學(xué)結(jié)構(gòu)分析

本文以奧地利EMCO Hyperturn 65 PowerMill九軸五聯(lián)動非正交車銑復(fù)合加工中心作為應(yīng)用對象。

要合理應(yīng)用好機(jī)床，選擇適合機(jī)床加工的零件，發(fā)揮機(jī)床的最大效率，必須熟練掌握機(jī)床的運(yùn)動結(jié)構(gòu)及操作系統(tǒng)。EMCO HT65 PowerMill為雙主軸雙刀塔車銑復(fù)合加工中心，機(jī)床整體采用對列雙主軸的布局形式，具有相對排列的兩個(gè)主軸以及帶B軸功能的上刀塔和帶有動力系統(tǒng)的下刀塔，是具備兩套刀架系統(tǒng)的雙通道復(fù)合加工中心。上部刀具系統(tǒng)配備了電機(jī)驅(qū)動的銑削主軸，在溜板系統(tǒng)中集成了Y軸和B軸，B軸主軸采用HSK63刀柄自動裝夾系統(tǒng)，銑削主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)12 000 r/min，B軸為無級擺動，轉(zhuǎn)角范圍為-20°～200°。上刀塔配備了20個(gè)工位的自動換刀刀具管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的五軸聯(lián)動加工；下刀塔配備了12個(gè)工位的標(biāo)準(zhǔn)VDI30刀塔；下刀塔與上刀塔為非正交模式。為適應(yīng)九軸的控制功能，機(jī)床采用西門子Sinumerik 840Dsl數(shù)控控制系統(tǒng)。機(jī)床特有的雙通道控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)雙主軸、雙刀架五軸聯(lián)動加工，能夠完成對一些形狀復(fù)雜精密零件的車削、鉆削、銑削甚至磨削復(fù)合加工，同時(shí)可以控制兩套主軸及上下刀架串行或并行順序的加工。主副軸具有分度插補(bǔ)的C軸控制功能，并且左右主軸具有回轉(zhuǎn)同步（轉(zhuǎn)速同步）功能，可實(shí)現(xiàn)不停機(jī)情況下零件左右主軸對接傳遞，實(shí)現(xiàn)一次裝夾全方位加工的車銑復(fù)合加工。

2 ESPRIT車銑復(fù)合CAM專用軟件

車銑復(fù)合加工中心在數(shù)控加工領(lǐng)域有著突出的應(yīng)用優(yōu)勢，能帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，但機(jī)床控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度很高，也使加工的程序設(shè)計(jì)更加困難和復(fù)雜。因此對于車銑復(fù)合加工來說，選擇合適的CAM系統(tǒng)是成功應(yīng)用機(jī)床的關(guān)鍵因素，也是獲得高效生產(chǎn)率的決定性因素?，F(xiàn)有數(shù)控編程系統(tǒng)均是針對單通道機(jī)床的編程，無法滿足復(fù)雜機(jī)床對多工藝多通道的數(shù)控編程需求。車銑復(fù)合加工技術(shù)也完全不同于普通意義上的車削與銑削功能的簡單疊加，而是需要對多工藝之間的加工策略進(jìn)行銜接，對上下刀塔雙通道之間的加工運(yùn)動進(jìn)行協(xié)調(diào)，并進(jìn)行串行與并行加工順序的安排。經(jīng)過市場調(diào)研，ESPRIT是由美國DP Technology公司推出的一款針對高端車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床應(yīng)用的CAM軟件，并與奧地利EMCO機(jī)床廠家進(jìn)行深度的VIP合作。它能夠在同一操作界面進(jìn)行3～5軸銑削、車削、車銑復(fù)合的編程，ESPRIT的全功能包括2～5軸銑削、2～22軸車削、2～5軸線切割、多任務(wù)車銑復(fù)合加工以及帶B軸的機(jī)床編程，基于其豐富的加工類型和靈活的操作界面，選用ESPRIT系統(tǒng)能充分發(fā)揮機(jī)床的功能。

3 零件工藝分析

熟悉和掌握了EMCO HT65 PowerMill車銑復(fù)合加工中心，選擇某型號渦噴發(fā)動機(jī)的軸向擴(kuò)壓器作為應(yīng)用加工對象。軸向擴(kuò)壓器是發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵部件之一，用以回收從葉輪出來的氣體動能使之轉(zhuǎn)換為壓能，它的葉片特征和車削旋轉(zhuǎn)類特征的加工精度直接影響發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)的性能優(yōu)劣，屬于難加工復(fù)雜類零件。

3.1 軸向擴(kuò)壓器加工內(nèi)容

某渦噴發(fā)動機(jī)中的軸向擴(kuò)壓器，為批量生產(chǎn)。工件材料為ZL114A，毛坯為鑄件，零件直徑281 mm，高度92.4 mm，加工內(nèi)容如下：（1）軸向擴(kuò)壓器正面：多個(gè)平面、斜面組成的成型面及內(nèi)孔和止口槽、3×φ3孔。（2）軸向擴(kuò)壓器反面：多個(gè)平面、圓弧斜面槽及φ80、φ75、內(nèi)徑φ68孔、2×φ10深18 mm孔、2×φ8深72 mm孔、2×R6深7 mm槽、6×M10×1.5-4H螺紋。（3）軸向擴(kuò)壓器圓周：55片均布的葉片（間隔度數(shù)為6.545°）、葉片上2×φ100+0.021深24 mm孔、2×φ6深98 mm孔。

3.2 加工工藝方案

現(xiàn)對常規(guī)加工工藝和采用車銑復(fù)合加工中心的工藝分析對比如下：

3.2.1 一般數(shù)控設(shè)備加工工藝分析

此擴(kuò)壓器此前采用一般數(shù)控設(shè)備進(jìn)行加工，需要設(shè)備較多，且工序復(fù)雜。具體如下：需要兩臺數(shù)控車床車削正反兩面的車削特征成型，一臺五軸數(shù)控加工中心加工圓周上的葉片及葉片上的2×φ10、2×φ6孔成型，兩臺三軸數(shù)控加工中心加工正反兩面?zhèn)鹊目滋卣?、槽特征成型，而且需制作每道工序的配套工裝，導(dǎo)致整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝鏈很長，影響批量生產(chǎn)效率，且裝夾轉(zhuǎn)換次數(shù)多，產(chǎn)品的形位公差和尺寸精度得不到有效保證。

3.2.2 采用EMCO HT65 PowerMill車銑復(fù)合加工中心加工工藝分析

第一步，用EMCO HT65 PowerMill車銑復(fù)合加工中心的右側(cè)副主軸液壓卡爪夾持軸向擴(kuò)壓器反面φ108外圓處，用機(jī)床第2通道下刀塔車削軸向擴(kuò)壓器正面內(nèi)外輪廓特征成型，并利用下刀塔動力系統(tǒng)把正面3×φ3孔一次裝夾加工完成。

第二步，制作芯棒，軸向擴(kuò)壓器與芯棒并緊，EMCO HT65 PowerMill車銑復(fù)合加工中心左側(cè)主軸液壓卡爪夾持芯棒，用機(jī)床的第2通道下刀塔把軸向擴(kuò)壓器反面的內(nèi)外輪廓特征全部車削成型，利用機(jī)床的第1通道上刀塔銑削主軸進(jìn)行銑削、鉆孔、攻絲等操作，一次裝夾把軸向擴(kuò)壓器圓周上的葉片和葉片上的孔及反面端面上的所有孔特征、槽特征完全銑削一次加工到位。

4 用ESPRIT車銑復(fù)合CAM專用軟件設(shè)計(jì)加工程序

數(shù)控編程技術(shù)是數(shù)控加工準(zhǔn)備階段的重要內(nèi)容之一，是直接影響加工零件精度與加工效率的重要因素，軟件應(yīng)用是數(shù)控加工技術(shù)中至關(guān)重要的一步。

第一步，創(chuàng)建零件三維圖、毛坯圖、工裝夾具圖，并設(shè)置好機(jī)床裝夾參數(shù)。第二步，建立車削加工坐標(biāo)系。第三步，建立車削加工特征、型腔加工特征、自由曲面加工特征、孔特征。第四步，建立加工所需要的刀具，根據(jù)所加工部位設(shè)置相應(yīng)的刀具參數(shù)，并安裝在相應(yīng)刀塔的刀位上。第五步，根據(jù)零件加工內(nèi)容選擇合適的加工策略設(shè)計(jì)加工路徑，并設(shè)置合理的加工參數(shù)、五軸聯(lián)動等高粗加工葉片刀路、葉片五軸swarf側(cè)刃精加工刀路。第六步，根據(jù)加工順序，規(guī)劃設(shè)計(jì)上下刀塔第1通道、第2通道的加工順序的同步協(xié)調(diào)和串并行處理。第七步，調(diào)用機(jī)床，設(shè)置仿真切削參數(shù)，對設(shè)計(jì)的刀路進(jìn)行仿真檢驗(yàn)。第八步，選用相應(yīng)機(jī)床的后處理輸出加工程序。

5 結(jié)語

通過對軸向擴(kuò)壓器零件的加工應(yīng)用，傳統(tǒng)的工序分散的加工設(shè)備將會越來越多地被工序集中的車銑復(fù)合加工中心所取代，結(jié)合先進(jìn)的CAM數(shù)控加工技術(shù)，車銑復(fù)合加工技術(shù)的應(yīng)用會越來越廣泛，并朝著更高的精度、更高的效率、更大的工藝范圍方向發(fā)展。

[1]HT65 PowerMill_Sin840Dsl_CN_B_2014-12[Z].

[2]EAPRIT CAM軟件初級和高級培訓(xùn)手冊[Z].

[3]車銑復(fù)合加工中心國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀[Z].