提升五軸加工中心加工精度的技巧探析
2020-12-9 來源： 中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司 作者：黃勇 蔣友強
摘要：使用五軸加工中心加工高精度圓周均布要素模具產品時，由于受機床精度和編程方法的影響，零件幾何精度達不到圖紙要求。因此，通過采用多種消除誤差來提升加工尺寸，達到了提升五軸加工中心零件加工精度的目的。
關鍵詞：五軸加工中心 加工精度 技巧
一些幾何要素相對于工件中心成圓周均布的模具類產品外形相對簡單，但幾何精度要求卻非常高。由于模具類產品加工數量通常是單件小批量生產，不能采用試制 - 修正 - 生產的模式來消除加工誤差使產品符合精度要求。特別是對于尺寸大、價格高的模具產品，需要在加工前考慮如何減小機床誤差來提高加工尺寸精度。圖 1 為汽車模具中的一個零件材質鋼，硬度為 HRC30。由于零件機加工要素尺寸和位置公差要求高，生產中生產人員采用了多種方法來減小誤差提升精度。
圖 1 模具結構圖
1、零件加工難點分析
該零件最主要的加工難點有三個。難點一：相互對稱的兩個 80mm×65.6mm 的傾斜方框相對于零件中心的對稱度為 0.03mm。難點二：傾斜框寬度為 18 ～（80±0.01）mm，加工和測量困難。難點三：兩個相鄰的斜面之間有個 R3 空間圓弧連接（見圖 2），需要解決加工問題。
圖2 模具局部圖
2、難點解決方案
根據零件精度要求，選用海德漢 530 五軸加工中心 [1]加工該機床為擺頭加回轉工作臺結構。由于五軸加工中心機床的動態誤差受到機床溫度變化和聯動加工回轉中心誤差的影響，對稱度要保證在 0.03mm 非常困難。針對這一情況，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旋轉中心，采用主軸安裝百分表工作臺旋轉將工件中心敲至工作臺旋轉中心重合。另一種是斜面精加工程序采用手工編輯一個斜面的加工程序，通過修改坐標 C 軸偏置來重復加工其他 17 個斜面。采用此方法的好處是消除了機床實際回轉中心與機床存儲的用于計算的回轉中心數值的誤差，但是加工過程中加工完一個面后需要手動修改 17 次 C 軸偏置，顯然不能使加工連貫，且存在修改錯誤導致報廢的風險。通過研究，采用讀取數值編輯宏指令運算后由機床自動修改 C 軸偏置的方法來解決這一問題。具體精加工程序如下：
精加工中使用循環功能程序簡單明了，可以通過修改刀補方便地修正尺寸誤差。
難點二傾斜框寬度 18 ～（80±0.01）mm 加工和測量困難問題，采取兩種方法解決：一是粗精加工工序分開，二是在精加工第一個框時采取增大刀補試切后測量尺寸再修正刀補的方法。由于臺階面深度淺，測量時采用紅外線測頭編輯測量程序，在機床上測量數值修正刀補。當第一個框尺寸達到精度要求后，加工第二個框時需要充分考慮由于不再試切而余量發生變化導致尺寸變化的情況。一般來說，刀具越鈍，材料越硬，尺寸變化越大。
兩個相鄰的斜面之間，R3 空間圓弧的加工使用手工編程無法編輯。此處的 R3 圓弧結合軟件采用五軸聯動局部加工的方法解決，但與兩側已加工的直線銜接同樣需要使用試切修正的方法，使得加工效果達到最好。
3、實際加工效果
通過將工件安裝在回轉中心修正 C 軸偏置，結合使用手動編程的方法減小回轉中心誤差對位置度的影響，利用刀補修正結合紅外測頭測量的方法，可使尺寸精度符合圖紙要求。工件加工完成后，經三坐標測量形位公差和尺寸公差都符合圖紙精度要求。
4、結語
五軸機床加工高精度單件模具類零件時，需要在加工前從機床精度、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。各方面細節考慮周全，能有效提升精度，減少工件報廢率。此外，手動編程和軟件編程相結合的方法，可提升此類圓周均布形狀零件加工精度。
投稿箱：
如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
