数控龙门铣四轴加工技术

数控龙门铣床是近几年陆续登上我国老工业基地的新型设备，为我国先进的加工技术做出了不朽的贡献。但是，它也被限制在三维空间内进行各种加工，对于四轴及五轴的加工也是无能为力的。本文介绍的是用CKUMA-MCR-ASCII数控龙门铣床加工HS-FAS42024012-2111支架（见图1）。该件除上下面具有定位销孔外，在Z方向还有两斜面，并在斜面内各自有各坐标孔。下面论述加工需自制具有简单而精确旋转功能的先进夹具，完成四轴的加工技术，以完善和充实该机床之不足。1. 技术分析该支架采用Q235—A焊接件，是用于汽车装配线上重要部位的零部件。支架上下面均有坐标定位孔，上下各定位坐标孔位置公差±0.02mm。上下坐标孔与两侧斜面的位置公差是以两斜面交点（153.9±0.02）mm 分别向两侧分布。在侧面的各坐标孔，除位置精度在±0.02mm外，其倾斜角度分别为22°±0.05′、19.5°±0.05′，切相交点偏离中心1.1mm，与侧面距离为（153.9±0.02）mm。左侧是（142.4±0.02）mm、（210±0.02）mm，而右侧是（150.1±0.02）mm、（210±0.02）mm，支架与底面旋转点距离（436.5±0.02）mm，偏心距离不是155mm，而是（153.9±0.02）mm。该件关键加工部位是两侧斜面的相交点（436.5±0.02）mm，以及该相交点至各斜面的坐标孔。2. 工艺编制（1）镗：刀校中间连接筋一侧面，平面度≤0.05mm。（2）镗：粗铣上下面，凹台面加工至成品，其余各面各留1.0～1.5mm。（3）龙门铣：粗铣两斜面，坐标孔面各留1.0～1.5mm（用专用夹具）。（4）龙门铣：精铣上下面，钻铰各坐标孔，其余各孔点窝。（5）龙门铣：精铣两斜面，钻铰各坐标孔，其余各孔点窝（用专用夹具）。（6）摇臂钻：各螺纹孔。为了保证加工件的几何公差，所有的坐标孔面均应分粗精加工。并且，该件在粗加工后应放置一段时间，至少不小于24h，待工件消除切削应力后再进行各部位的精加工。3. 工装设计原则该工件两侧斜面的加工，必须采用高精度的角度调整功能，就是四轴旋转功能。而龙门铣床不具备加工斜面功能，只能设计专用的角度旋转夹具，当工件精加工时，一次性将两侧斜面加工成品，该夹具应具备以下功能和特点：①该夹具是典型的一面两销定位方法，即以底面和两坐标孔定位。坐标孔应选择两距离较远位置，即相距（345±0.01）mm的两个φ8H7坐标孔。②该夹具还必须具备一次性装夹的功能，即夹具需具备左右翻转功能，且翻转角度的误差必须≤±0.05°。③该夹具应具备加工各种左右翻转角度功能，根据被加工件共同特点，左右翻转±30º为宜。④该夹具底座需安装在龙门加工中心工作台上，并必须用平键和工作台定位，该工作台定位槽宽度24H7，而夹具定位键宽度公差采用基孔制h7即可。⑤该夹具工作台大小应和底座匹配，为确保夹具强度，其厚度不得小于36mm。⑥该夹具翻转装置采用焊接件即可，分别焊接在底座和工作台上下面，其位置应合理配置。⑦该夹具角度旋转应采用精度较高的分度头，即北京机床厂生产的F11125。该分度头旋转主轴孔两端都是莫氏4号定位孔，中心与底面相距125mm。⑧该夹具各关键件的加工精度，不得小于8级公差精度。根据以上分析，该夹具应根据角度工件的形状特点，既要具备较高精度，又要考虑其通用性；既要具备安装中大型工件的能力，又要考虑制作方便可行的经济效益。4. 关键件的设计情况（1）底座。底座是该夹具的基础件（见图3），它必须具备以下条件：①外形360mm×600mm即可，该大小既要适用于本次工件的加工范围，又要具备一定的通用性和广泛的使用性能，属于中型加工件的专用夹具。②该件底面的几何公差确定在平面度0.02mm，为工作台安装后的平面精度提供条件。③该件的旋转孔定位φ40H7，承受工件质量的能力绰绰有余。④该旋转孔是和F11125分度头配套使用，其与底面距离（125±0.01）mm。⑤该孔左右各一个，除保证与底面（125±0.01）mm的尺寸公差外，还必须对称中心0.02mm。⑥该底座底面定位键槽宽24H7，与机床本身工作台配套使用。⑦该定位槽应与旋转孔中心对称0.02mm，以防止使用时旋转中心偏移。⑧该底座的4个定位槽是固定各种角度定位柱的基面，应与底面统一尺寸（16±0.01）mm。（2）工作台。工作台是和底座联接在一起的关键件（见图4），它除了担负装夹各种加工件的任务外，很重要的是负责旋转各种角度，这就要求具备以下技术要求：①外形360mm×600mm，与底座配套使用。②该工作台上平面的几何公差确定平面度为0.02mm，为工件精加工时提供合理的装夹精度。③该件的中间旋转定位孔φ40H7前后各一个，是与底座旋转孔配套使用的，前孔需安装模式4号锥套，后孔则担负着固定安装旋转轴的功能。前后孔对工作台上平面尺寸精度（71±0.01）mm。④该件两侧各有4个φ30H7通过孔，在定位孔上安装高精度的转轴，转轴上安装同一高度的旋转定位柱，当角度确定后，用两侧随角度配套使用的角度定位柱，检测旋转角度的正确与否，同时起到固定工作台和稳定工件的作用。⑤为防止各套在旋转过程中松动，在中间旋转套的侧面钻有螺钉孔，待套安装后，用沉头螺钉压紧。

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结语

数控龙门铣床是机械加工企业常有的大型设备，但是，由于不具备四轴功能，就是X旋转功能，为增加使用范围，只好靠夹具弥补数控龙门铣床的不足。

本夹具是根据大中型零部件加工的范围，选用360mm×600mm平面，其高度是在考虑安装分度头后的情况下，采用196mm。X方向旋转采用F11125分度头联接的方法，即将分度头联接在该夹具上，靠分度头手柄左右旋转，按被加工件的要求选择合理的角度。

本文详细论述了夹具关键件加工的技术要求，如底座和工作台，该件的各项精度不得小于8级精度，处理各面与孔的距离要求全部在±0.01mm以内外，各孔与孔的距离要求也同样在±0.01mm以内。上下面的几何公差均在0.02mm以内。连接轴是该件旋转角度功能的关键工件，是联接分度头和该夹具的功能转化的关键工件，其精度要求较高，两端莫氏联接又定位的锥面接触精度必须≥85%以上，方能保证旋转角度的误差。

该工件精加工时的各定位基准必须用探针检查确定，在加工两斜面空间相交点时，不能一次加工成品，需留一定的精加工余量，经反复测量后方能加工成品。斜面的坐标孔应选数控龙门铣床工作台底面为基准，防止基准转化误差。

本夹具是根据生产现场经常出现的产品情况，经过认真分析，在角度旋转方面，利用铣床常用的分度头，前后采用高精度的莫氏定位法，将分度头巧妙地安装在该夹具中，填补了数控龙门铣床之不足，完成了正负角度旋转高精度加工这个难点。

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