數控龍門銑四軸加工技術

數控龍門銑床是近幾年陸續登上我國老工業基地的新型設備，為我國先進的加工技術做出了不朽的貢獻。但是，它也被限制在三維空間內進行各種加工，對于四軸及五軸的加工也是無能為力的。本文介紹的是用CKUMA-MCR-ASCII數控龍門銑床加工HS-FAS42024012-2111支架（見圖1）。該件除上下面具有定位銷孔外，在Z方向還有兩斜面，并在斜面內各自有各坐標孔。下面論述加工需自制具有簡單而精確旋轉功能的先進夾具，完成四軸的加工技術，以完善和充實該機床之不足。1. 技術分析該支架采用Q235—A焊接件，是用于汽車裝配線上重要部位的零部件。支架上下面均有坐標定位孔，上下各定位坐標孔位置公差±0.02mm。上下坐標孔與兩側斜面的位置公差是以兩斜面交點（153.9±0.02）mm 分別向兩側分布。在側面的各坐標孔，除位置精度在±0.02mm外，其傾斜角度分別為22°±0.05′、19.5°±0.05′，切相交點偏離中心1.1mm，與側面距離為（153.9±0.02）mm。左側是（142.4±0.02）mm、（210±0.02）mm，而右側是（150.1±0.02）mm、（210±0.02）mm，支架與底面旋轉點距離（436.5±0.02）mm，偏心距離不是155mm，而是（153.9±0.02）mm。該件關鍵加工部位是兩側斜面的相交點（436.5±0.02）mm，以及該相交點至各斜面的坐標孔。2. 工藝編制（1）鏜：刀校中間連接筋一側面，平面度≤0.05mm。（2）鏜：粗銑上下面，凹臺面加工至成品，其余各面各留1.0～1.5mm。（3）龍門銑：粗銑兩斜面，坐標孔面各留1.0～1.5mm（用專用夾具）。（4）龍門銑：精銑上下面，鉆鉸各坐標孔，其余各孔點窩。（5）龍門銑：精銑兩斜面，鉆鉸各坐標孔，其余各孔點窩（用專用夾具）。（6）搖臂鉆：各螺紋孔。為了保證加工件的幾何公差，所有的坐標孔面均應分粗精加工。并且，該件在粗加工后應放置一段時間，至少不小于24h，待工件消除切削應力后再進行各部位的精加工。3. 工裝設計原則該工件兩側斜面的加工，必須采用高精度的角度調整功能，就是四軸旋轉功能。而龍門銑床不具備加工斜面功能，只能設計專用的角度旋轉夾具，當工件精加工時，一次性將兩側斜面加工成品，該夾具應具備以下功能和特點：①該夾具是典型的一面兩銷定位方法，即以底面和兩坐標孔定位。坐標孔應選擇兩距離較遠位置，即相距（345±0.01）mm的兩個φ8H7坐標孔。②該夾具還必須具備一次性裝夾的功能，即夾具需具備左右翻轉功能，且翻轉角度的誤差必須≤±0.05°。③該夾具應具備加工各種左右翻轉角度功能，根據被加工件共同特點，左右翻轉±30o為宜。④該夾具底座需安裝在龍門加工中心工作臺上，并必須用平鍵和工作臺定位，該工作臺定位槽寬度24H7，而夾具定位鍵寬度公差采用基孔制h7即可。⑤該夾具工作臺大小應和底座匹配，為確保夾具強度，其厚度不得小于36mm。⑥該夾具翻轉裝置采用焊接件即可，分別焊接在底座和工作臺上下面，其位置應合理配置。⑦該夾具角度旋轉應采用精度較高的分度頭，即北京機床廠生產的F11125。該分度頭旋轉主軸孔兩端都是莫氏4號定位孔，中心與底面相距125mm。⑧該夾具各關鍵件的加工精度，不得小于8級公差精度。根據以上分析，該夾具應根據角度工件的形狀特點，既要具備較高精度，又要考慮其通用性；既要具備安裝中大型工件的能力，又要考慮制作方便可行的經濟效益。4. 關鍵件的設計情況（1）底座。底座是該夾具的基礎件（見圖3），它必須具備以下條件：①外形360mm×600mm即可，該大小既要適用于本次工件的加工范圍，又要具備一定的通用性和廣泛的使用性能，屬于中型加工件的專用夾具。②該件底面的幾何公差確定在平面度0.02mm，為工作臺安裝后的平面精度提供條件。③該件的旋轉孔定位φ40H7，承受工件質量的能力綽綽有余。④該旋轉孔是和F11125分度頭配套使用，其與底面距離（125±0.01）mm。⑤該孔左右各一個，除保證與底面（125±0.01）mm的尺寸公差外，還必須對稱中心0.02mm。⑥該底座底面定位鍵槽寬24H7，與機床本身工作臺配套使用。⑦該定位槽應與旋轉孔中心對稱0.02mm，以防止使用時旋轉中心偏移。⑧該底座的4個定位槽是固定各種角度定位柱的基面，應與底面統一尺寸（16±0.01）mm。（2）工作臺。工作臺是和底座聯接在一起的關鍵件（見圖4），它除了擔負裝夾各種加工件的任務外，很重要的是負責旋轉各種角度，這就要求具備以下技術要求：①外形360mm×600mm，與底座配套使用。②該工作臺上平面的幾何公差確定平面度為0.02mm，為工件精加工時提供合理的裝夾精度。③該件的中間旋轉定位孔φ40H7前后各一個，是與底座旋轉孔配套使用的，前孔需安裝模式4號錐套，后孔則擔負著固定安裝旋轉軸的功能。前后孔對工作臺上平面尺寸精度（71±0.01）mm。④該件兩側各有4個φ30H7通過孔，在定位孔上安裝高精度的轉軸，轉軸上安裝同一高度的旋轉定位柱，當角度確定后，用兩側隨角度配套使用的角度定位柱，檢測旋轉角度的正確與否，同時起到固定工作臺和穩定工件的作用。⑤為防止各套在旋轉過程中松動，在中間旋轉套的側面鉆有螺釘孔，待套安裝后，用沉頭螺釘壓緊。

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結語

數控龍門銑床是機械加工企業常有的大型設備，但是，由于不具備四軸功能，就是X旋轉功能，為增加使用范圍，只好靠夾具彌補數控龍門銑床的不足。

本夾具是根據大中型零部件加工的范圍，選用360mm×600mm平面，其高度是在考慮安裝分度頭后的情況下，采用196mm。X方向旋轉采用F11125分度頭聯接的方法，即將分度頭聯接在該夾具上，靠分度頭手柄左右旋轉，按被加工件的要求選擇合理的角度。

本文詳細論述了夾具關鍵件加工的技術要求，如底座和工作臺，該件的各項精度不得小于8級精度，處理各面與孔的距離要求全部在±0.01mm以內外，各孔與孔的距離要求也同樣在±0.01mm以內。上下面的幾何公差均在0.02mm以內。連接軸是該件旋轉角度功能的關鍵工件，是聯接分度頭和該夾具的功能轉化的關鍵工件，其精度要求較高，兩端莫氏聯接又定位的錐面接觸精度必須≥85%以上，方能保證旋轉角度的誤差。

該工件精加工時的各定位基準必須用探針檢查確定，在加工兩斜面空間相交點時，不能一次加工成品，需留一定的精加工余量，經反復測量后方能加工成品。斜面的坐標孔應選數控龍門銑床工作臺底面為基準，防止基準轉化誤差。

本夾具是根據生產現場經常出現的產品情況，經過認真分析，在角度旋轉方面，利用銑床常用的分度頭，前后采用高精度的莫氏定位法，將分度頭巧妙地安裝在該夾具中，填補了數控龍門銑床之不足，完成了正負角度旋轉高精度加工這個難點。

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