若采用三軸聯(lián)動(dòng)加工，......



若采用三軸聯(lián)動(dòng)加工，會(huì)使槽底和筋形發(fā)生傾斜。在具有任意母線輪廓的燃燒室內(nèi)壁外表面上加工等傾角螺旋槽是我國(guó)新一代液體火箭發(fā)動(dòng)

機(jī)研制中一個(gè)亟待解決的難題。
圖1 等傾角螺旋槽示意圖
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圖2 螺旋槽加工運(yùn)動(dòng)解析圖
2 等傾角螺旋槽的五軸控制、四軸聯(lián)動(dòng)加工
根據(jù)等傾角螺旋線的數(shù)學(xué)模型和運(yùn)動(dòng)解析，為保證切削點(diǎn)與刀具中心的連線始終沿工件的法線方向且始終位于工件中心軸線的水平面內(nèi)，必須

增加一個(gè)回轉(zhuǎn)軸以實(shí)時(shí)跟蹤工件法線的變化，即為了保證獲得正確的槽底和筋形，用片銑刀加工任意母線回轉(zhuǎn)體外表面的螺旋槽時(shí)至少需要四

軸聯(lián)動(dòng)。圖2為螺旋槽加工運(yùn)動(dòng)解析圖。
1.動(dòng)力電機(jī) 2.回轉(zhuǎn)軸 3，4.回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 5.片銑刀 6.工件
圖3 螺旋槽加工部件
螺旋槽加工部件如圖3所示。銑削動(dòng)力電機(jī)1的轉(zhuǎn)速通過(guò)交流變頻控制，共有8檔速度，用數(shù)控加工的M指令編程控制。非伺服控制的回轉(zhuǎn)軸2用
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于調(diào)整螺旋角(參照該處的刻度指示)，并使用專用工具精確對(duì)刀。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的精密數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)3在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)，用于保證切削點(diǎn)始

終位于工件中心軸線的水平面內(nèi)，并使切削點(diǎn)與該軸回轉(zhuǎn)中心的連線沿切削點(diǎn)處的工件外輪廓法線方向，在機(jī)床坐標(biāo)系中該回轉(zhuǎn)軸定義為B軸

。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的精密數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)4用于完成加工中工件6的回轉(zhuǎn)和分度，該回轉(zhuǎn)軸在機(jī)床坐標(biāo)系中定義為A軸。為保證筋寬相等，使用兩

片片銑刀5加工，二銑刀之間夾一個(gè)墊片，墊片厚度即為隔離筋寬度。另外三個(gè)直線軸X、Y、W軸在機(jī)床坐標(biāo)系中的方向定義見(jiàn)圖2和圖3。加工

中，除了對(duì)X、W軸進(jìn)行輪廓軌跡插補(bǔ)外，還要對(duì)B軸擺動(dòng)造成的坐標(biāo)偏差進(jìn)行補(bǔ)償。Y軸用于調(diào)整切削點(diǎn)的高度(使該點(diǎn)與工件中心軸線在同一

水平面內(nèi))，它與其它坐標(biāo)軸無(wú)聯(lián)動(dòng)關(guān)系。完成任意母線回轉(zhuǎn)體外表面等傾角螺旋槽的銑削加工需要進(jìn)行五軸控制、四軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控切削。
為完成螺旋槽加工的數(shù)控編程，專門研制了針對(duì)上述加工運(yùn)動(dòng)方案的自動(dòng)編程數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，通過(guò)分析螺旋槽加工的干涉誤差，提出了選取片

銑刀直徑的簡(jiǎn)化算法。
3 典型工件的加工技術(shù)
某型號(hào)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)壁收—擴(kuò)段如圖4 所示，其輪廓母線由一段直線和一組用離散數(shù)據(jù)點(diǎn)描述的曲線構(gòu)成。在直線段和曲線段連接

處，工件直徑和曲率發(fā)生急劇變化，形成一個(gè)“喉”部區(qū)域，“喉”部區(qū)域的平穩(wěn)過(guò)渡加工是該工件加工的主要難點(diǎn)之一。
圖4 銑削方式的確定
銑削方式的確定
逆銑
逆銑可消除機(jī)械部件間隙的影響，減小切削過(guò)程中的振動(dòng)。但由于燃燒室工件材料的粘性較強(qiáng)，隔離筋的寬度較窄，槽深相對(duì)于筋寬較深，在

加工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，不論選用多大的可行進(jìn)給速度和主軸轉(zhuǎn)速，均會(huì)造成螺旋筋嚴(yán)重撕裂，使槽底和筋的表面粗糙度過(guò)大。
直線—曲線順銑
如圖4所示，若按照?qǐng)D中方向①加工，AO段為直線，此處噴管為圓柱輪廓。從該段的起點(diǎn)A處起刀加工，對(duì)刀較方便，有利于加工前的準(zhǔn)備工作

，簡(jiǎn)化操作要求。但在實(shí)際切削中發(fā)現(xiàn)，這種銑削方式存在以下問(wèn)題：
圖5 “喉部”卡刀現(xiàn)象
圖6 直線—曲線順銑時(shí)擺臂的受力
極易在“喉”部“卡刀”或“悶車”
若使用新?lián)Q刀具且進(jìn)給速度較慢時(shí)(<30mm/min)，加工時(shí)可順利通過(guò)“喉”部。但當(dāng)?shù)毒吣p或進(jìn)給速度大于50mm/min時(shí)，會(huì)在“喉”部發(fā)生

“卡刀”現(xiàn)象，使刀桿、刀具和工件受損(見(jiàn)圖5)。這種現(xiàn)象的發(fā)生與B軸擺臂的結(jié)構(gòu)和受力方向有關(guān)。如圖6所示，此時(shí)在“喉”部，刀具受

力fc和B軸的進(jìn)給方向均有使切削深度增大的趨勢(shì)。當(dāng)?shù)毒吣p變鈍后，機(jī)械結(jié)構(gòu)的振動(dòng)和數(shù)控加工程序段變化引起的微小沖擊都會(huì)成為刀具

在此處“卡刀”的影響因素。
圖7 尾部筋形損壞
圖8 曲線—直線順銑方式加工的長(zhǎng)筋和夾筋
圖9 B軸的調(diào)整
圖10 對(duì)刀和起刀點(diǎn)
尾部退刀時(shí)損傷螺旋筋
當(dāng)由直線段向曲線段方向順銑時(shí)，B軸擺臂在“喉”部形成的較大彈性變形在整個(gè)曲線段加工中無(wú)法減緩。當(dāng)加工完一條槽退刀時(shí)，B軸擺臂產(chǎn)

生彈性變形回放，可使尾部筋形受損，如圖7所示。
無(wú)法實(shí)現(xiàn)“夾筋”的加工
由圖7可見(jiàn)，若在工件直徑較大部分仍然加工與直徑較小部分相同數(shù)量的螺旋槽，則在兩條筋之間會(huì)殘留較多未切削部分。根據(jù)零件加工要求

，必須將該殘留部分也切削為與其它長(zhǎng)筋等寬的短筋(稱為“夾筋”)。經(jīng)過(guò)實(shí)際加工測(cè)試發(fā)現(xiàn)，按直線—曲線順銑加工方向加工“夾筋”時(shí)，

起刀點(diǎn)及對(duì)刀方法均很難確定。
曲線—直線順銑
如圖4所示，若按方向②采用由曲線段到直線段的順銑方式，盡管對(duì)刀和起刀點(diǎn)的確定比較困難，但較好解決了“喉”部“卡刀”、尾部筋形

損壞、無(wú)法加工“夾筋”等重大工藝問(wèn)題。圖8為采用曲線—直線順銑方式切削加工的收—擴(kuò)段螺旋槽和“夾筋”。
機(jī)床對(duì)刀和起刀點(diǎn)的確定
B軸的調(diào)整
加工螺旋槽時(shí)，為獲得正確的筋形，必須保證切削點(diǎn)、刀具中心(實(shí)際為兩片銑刀之間的墊片中心)和B軸回轉(zhuǎn)中心在一條直線上。在進(jìn)行任何

輪廓的螺旋槽加工之前，需先調(diào)整B軸，使B軸部件處于加工圓柱段輪廓時(shí)的狀態(tài)。用量表檢測(cè)擺臂上的對(duì)刀塊，使擺臂沿W軸方向(即DEG為一

條直線)(見(jiàn)圖9)。計(jì)算因豎直刀桿轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋角b而造成的B軸補(bǔ)償值B，令B軸回轉(zhuǎn)B，使切削點(diǎn)、刀具中心和B軸回轉(zhuǎn)中心在一條直線上(即DEF

為一條直線)，然后將B軸清零，此時(shí)B軸正好處于加工圓柱段螺旋槽的位置。B的計(jì)算公式為
B=arctan(Lhsinb/Lb)
式中：Lh——豎直刀桿長(zhǎng)度
Lb——水平擺臂長(zhǎng)度
b——螺旋傾角
對(duì)刀方法和起刀點(diǎn)計(jì)算
對(duì)于圖4所示工件，采用曲線—直線順銑方式進(jìn)行切削時(shí)，必須解決對(duì)刀和起刀點(diǎn)設(shè)置問(wèn)題，即必須確定起刀點(diǎn)S的B軸、X軸和W軸坐標(biāo)(見(jiàn)圖

10)。由于S點(diǎn)位于離散點(diǎn)區(qū)域，直接使用該點(diǎn)對(duì)刀相當(dāng)困難。
B軸確定后，在自動(dòng)編程系統(tǒng)生成的數(shù)控加工程序中，獲取離散點(diǎn)輪廓末尾點(diǎn)S的B軸坐標(biāo)值B0，S點(diǎn)的法線方向?yàn)镹N'(見(jiàn)圖10)。編寫(xiě)數(shù)控程序

，令B軸回轉(zhuǎn)Bb，即令B軸擺動(dòng)到加工S點(diǎn)的狀態(tài)。由于S點(diǎn)的一側(cè)為四爪卡盤，沒(méi)有對(duì)刀空間，因此不能在該點(diǎn)對(duì)刀。
令銑刀低速旋轉(zhuǎn)，在頂尖一側(cè)的工件端面對(duì)刀，記下此處數(shù)控系統(tǒng)顯示的X軸機(jī)床坐標(biāo)值，設(shè)為XT，由工件圖紙得到該端面至S點(diǎn)的X方向距離