0 引言

　　隨著軋鋼設(shè)備朝著大型化、連續(xù)作業(yè)化和高速化方向發(fā)展，對(duì)軋機(jī)主機(jī)的安全過載保護(hù)要求越來越高，對(duì)軋機(jī)主傳動(dòng)用十字萬(wàn)向傳動(dòng)軸要求也越高。其中SWC型十字萬(wàn)向接軸關(guān)建零件法蘭叉頭采用整體式結(jié)構(gòu)，由于其型腔曲面為復(fù)雜空間曲面，其制造水平的高低直接影響到整個(gè)十字萬(wàn)向接軸質(zhì)量。長(zhǎng)期以來其型腔曲面完全依賴鑄造成型，由于毛坯曲面不規(guī)范和鑄件變形，裝配后影響十字包轉(zhuǎn)動(dòng)，傳統(tǒng)的解決方法是：先對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行試裝，對(duì)影響裝配和轉(zhuǎn)動(dòng)的部位做記號(hào)后憑經(jīng)驗(yàn)上機(jī)床加工，修完后再裝配，若達(dá)不到要求重新上機(jī)床修型，這樣不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且零件強(qiáng)度也無(wú)保證。運(yùn)用NX CAM技術(shù)在數(shù)控機(jī)床上對(duì)鑄件復(fù)雜曲面進(jìn)行檢查及修型，巳成功地用于多臺(tái)1450軋機(jī)項(xiàng)目的十字萬(wàn)向接軸制造。

1 CAD建模

　　1.1 法蘭叉頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工藝分析

　　SWC型法蘭叉頭結(jié)構(gòu)如圖1所示，工件毛坯為鑄件ZG42CrMo，法蘭盤直徑D=Φ550mm，軸承孔直徑d=Φ255N6mm，型腔曲面相對(duì)于法蘭盤中D中心線、軸承孔Φd中心為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，型腔由兩段R圓弧，且弧面呈30°、17°包絡(luò)，包絡(luò)的弧面與兩側(cè)45°斜面相交，腔底為7°斜面。該產(chǎn)品使用傾角大15°相互運(yùn)動(dòng)件容易產(chǎn)生干涉，由于鑄造時(shí)漲箱、重要尺寸產(chǎn)生較大誤差等原因的影響，致使實(shí)際鑄造叉頭可能存在與相關(guān)件嚴(yán)重干涉（鑄造時(shí)重要尺寸偏差比圖紙給出的偏差大）或者重要部位的強(qiáng)度減弱（鑄造時(shí)重要尺寸偏差比圖紙給出的偏差小）的問題，從而對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)和質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。

　　制造難點(diǎn)分析：

　　1)由于鑄造實(shí)際尺寸與設(shè)計(jì)尺寸差距很大，有的部位多達(dá)8-10mm，有些部位又有缺漏，因此確立合理的工步是該型腔曲面撿查及加工的關(guān)鍵。

　　2)法蘭叉頭鑄造毛坯零件加工余量不均勻，在加工中材料去除量較大，因此提高加工效率是一個(gè)難點(diǎn)。

　　3)法蘭叉頭的型腔面一次走刀中去掉的金屬體積較大，必須考慮刀具壽命，減少停機(jī)換刀時(shí)間。因此選擇合適的刀具參數(shù)，使用合理的切削用量尤為重要。

4)法蘭叉頭加工是在三坐標(biāo)數(shù)控鏜床上加工自由曲面，加工質(zhì)量和效率對(duì)加上程序要求高。

　　1.2 建立數(shù)字模型

　　將設(shè)計(jì)提供的利用三維CAD技術(shù)及先進(jìn)的有限元分析軟件優(yōu)化后的三維模型stp文件導(dǎo)入到NX4中，在NX4建模模塊中將法蘭叉頭曲面分成A、B、A面。

2 確定數(shù)控加工工藝方案

　　2.1 劃分?jǐn)?shù)控加工工步

　　由于型腔曲面鑄造公差大，加之鑄件漲箱變形，造成毛坯余量不均勻、不對(duì)稱，為了提高加工效率，先將型腔曲面分割成A、B、A面，按單邊留量6mm，將型腔曲面走刀檢查一遍，確定工件余量，再根據(jù)余量情況制定加工流程。

　　1)如果觀察沒有余量，可加大機(jī)床轉(zhuǎn)速和走刀，快速完成型腔曲面的檢查。

　　2)如果A、B面均有加工余量，量大則先執(zhí)行A、B面分別粗加工程序，再執(zhí)行A、B面同時(shí)精加工程序；量小則直接執(zhí)行A、B面同時(shí)精加工程序。

　　3)如果A面或B面單邊有加工余量，則只執(zhí)行A面或B面粗、精加工程序。

　　2.2 選擇加工設(shè)備

　　宜選擇帶回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的數(shù)控鏜銑床，結(jié)合工件外形尺寸及重量，考慮到該零件只對(duì)其型腔面進(jìn)行修形，綜合機(jī)床的加工能力及主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度等性能，選擇TK6111數(shù)控鏜床有利于提高效率。

　　2.3 選用加工刀具

　　由于型腔曲面的加工表面質(zhì)量要求不高，粗、精加工用同一把刀，選擇額75°可轉(zhuǎn)位面銑刀，刀具直徑Φ160，該刀具可改變每層之間的波峰殘留，減少分層密度，同時(shí)可采用大進(jìn)給量，效率高、性能可靠。刀片可換，即使在長(zhǎng)時(shí)間切削中磨損后，暫停程序換刀片，此時(shí)刀具長(zhǎng)度等參數(shù)均未變，然后繼續(xù)執(zhí)行程序即可。

　　2.4 確定切削用量

　　為了保證切削速度均勻、切削載荷較穩(wěn)定，減少刀具、機(jī)床所受的沖擊，同時(shí)提高加工效術(shù)，以“小切深大走刀”的高速切削原理來規(guī)定切削用量。

　　切削深度：以數(shù)控程序分層加工需要達(dá)到的要求，粗加工ap取5～8mm，精加工ap取1～2mm；切削速度Vc=300m/min；主軸轉(zhuǎn)速：n=1000r/min；進(jìn)給速度：f=1000～1500mm/min。

　　2.5 設(shè)計(jì)數(shù)控程序

　　編制加工法蘭叉頭型腔曲面程序是數(shù)控加工的重要環(huán)節(jié)，優(yōu)化刀具路徑、選擇合理進(jìn)退刀方式對(duì)加工質(zhì)量和效率至關(guān)重要。編程采用NX4平臺(tái)進(jìn)行自動(dòng)編程方式。為保證加工連續(xù)性和提高效率，采取通過程序自動(dòng)根據(jù)毛坯具體情況分刀進(jìn)行數(shù)控程序的設(shè)計(jì)。

　　2.5.1 確定編程原點(diǎn)和加工坐標(biāo)系

　　按照加工坐標(biāo)系MCS和wcs坐標(biāo)系重合的原則，以ΦD和Φd的中心交點(diǎn)為定G54，這樣在加工過程中能盡量減少碰撞發(fā)生，同時(shí)方便對(duì)刀及加工前的程序檢查。

　　2.5.2 設(shè)計(jì)數(shù)控程序加工路線

　　在NX CAM中的操作對(duì)應(yīng)每個(gè)加工工步。根據(jù)工序的劃分，在NX CAM中建立程序組，并將程序組名規(guī)范化，避免因程序多導(dǎo)致操作失誤。根據(jù)選用的刀具創(chuàng)建刀具模型參數(shù)和加工參數(shù)（如圖6所示）。創(chuàng)建各工序的工件包括零件、毛坯和加工坐標(biāo)系等加工幾何體和操作。

　　2.5.3 設(shè)計(jì)數(shù)控程序刀具路徑

　　NX加工模塊中提供了三軸加工和多軸加工模式，法蘭叉頭的加工要求以及加工機(jī)床的功能，我們采用CAVITY MILL（型腔銑）方式，用法蘭叉頭的自由曲面作為驅(qū)動(dòng)面，以平行于水平面的不同深度平面與型腔面相截，產(chǎn)生的截面線再偏置一個(gè)刀具半徑，產(chǎn)生刀具路徑。這樣通過分層的數(shù)控程序即（2.5軸聯(lián)動(dòng)加工）生成刀具軌跡，避免加工中扎刀現(xiàn)象，盡量多的運(yùn)用圓弧插補(bǔ)來加工型腔面的輪廓，使得走刀路線大大縮短，加工時(shí)間縮短，且加工的表面光度好，使得后續(xù)的打磨工序工作量減少。

　　2.5.4 后量處理

　　機(jī)床后置模塊的作用是生成可使用的G代碼程序。在實(shí)際運(yùn)用中，發(fā)現(xiàn)在圓弧插補(bǔ)上用IJK方式后置處理的G代碼在機(jī)床上模擬報(bào)警出錯(cuò)，其原因?yàn)閿?shù)據(jù)計(jì)算累積錯(cuò)誤。最后后置處理器改為CR的方式，產(chǎn)生的程序運(yùn)行通過。

　　2.5.5 加工仿真及程序校驗(yàn)

　　為了保證程序的可加工性，減少實(shí)際試制時(shí)間，節(jié)約費(fèi)用，將生成的加工程序在軟件上進(jìn)行仿真加工。通過仿真可對(duì)程序進(jìn)行分析，防止在加工中出現(xiàn)刀具軸振動(dòng)、過切及碰撞，扎刀現(xiàn)象。對(duì)于仿真結(jié)果不理想的程序則可返回加工模塊對(duì)加工方式、參數(shù)等進(jìn)行修改，直至仿真結(jié)果符合加工要求。

　　2.5.6 數(shù)控系統(tǒng)軌跡模擬

　　透過敏控蒜統(tǒng)的圖形顯示功能顯示刀具軌連運(yùn)行情況，這種方法快而準(zhǔn)確，該測(cè)試可在各種倍率模式有效時(shí)進(jìn)行。由于所有運(yùn)動(dòng)在控制器的圖形模式下進(jìn)行測(cè)試，這樣就減少了檢查任務(wù)量，且程序也易跟蹤。

　　2.6 程序傳輸和運(yùn)行

法蘭叉共根據(jù)前面劃分，從而產(chǎn)生了2～6個(gè)程序。這些程序的程序段數(shù)多達(dá)8000，在文件大小上，其中一個(gè)達(dá)到4M字節(jié)，可尉U盤將程序拷入機(jī)床中。

　　程序在運(yùn)行時(shí)，由于機(jī)床的NCU內(nèi)存太小，無(wú)法將程序裝載入后進(jìn)行加工，所以采用數(shù)控機(jī)床自動(dòng)模式下，通過硬盤方式進(jìn)行邊傳程序邊加工。根據(jù)實(shí)際情況，在一些加工程序段上通過倍率開關(guān)優(yōu)化指定的切削速度和進(jìn)給速度。

3 結(jié)論

　　SWC零法蘭叉頭的數(shù)控加工解決了SWC型十字萬(wàn)向接軸的裝配瓶頸，以往由于法蘭叉頭型腔曲面的不規(guī)范，裝配一套SWC型十字萬(wàn)向接軸往往要花費(fèi)3～4天的時(shí)間，通過數(shù)控機(jī)床的檢查及加工使型腔曲面完全符合理想模型，解決了法蘭叉頭轉(zhuǎn)動(dòng)干涉問題，提升了工藝水平，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了成本，也為今后開發(fā)SWP型法蘭叉頭的數(shù)控加工積累了經(jīng)驗(yàn)。