重點對工程機械行業(yè)中起重機臂架的加工應(yīng)用進行探討，根據(jù)臂架的結(jié)構(gòu)及雙側(cè)孔同軸度要求較高等加工特點，針對刨臺式雙面鏜銑床的結(jié)構(gòu)特點對其加工方法和過程進行了分析，優(yōu)化了加工程序結(jié)構(gòu)及工藝，并通過西門子數(shù)控系統(tǒng)特有的數(shù)控高級指令提升效率，在實際加工中取得了良好的效果。
1 序言
臂架（見圖1）是起重機的關(guān)鍵部件之一，在臂架的整個加工過程中，變幅孔和臂尾孔的加工尤為重要，特別是對雙側(cè)孔同軸度要求較高，為了提高效率，一般要求鏜孔時盡可能雙側(cè)同時加工。本文通過優(yōu)化實際工件的加工工藝及程序，探討提升臂架加工效率的相關(guān)工藝和方法。
圖1 臂架實物
2 臂架結(jié)構(gòu)特點
起重機的吊臂由多節(jié)臂架組成，主吊臂的第一節(jié)基本臂為大型箱體構(gòu)件，由高強度結(jié)構(gòu)鋼板焊接而成。基本臂通過臂尾孔與旋轉(zhuǎn)臺相連接，而中部的變幅孔則需要與控制吊臂俯仰角度的變幅機構(gòu)連接。無論是變幅孔還是臂尾孔（見圖2），均相對于臂架縱向中心線對稱布置，且臂尾孔和變幅孔的雙側(cè)對稱孔均有一定的同軸度要求。尤其臂尾處的兩個對置鉸點孔，軸向間距較大、同軸度要求高，鉸接安裝面又位于兩個鉸點孔外側(cè)，因此從臂架左右任何一側(cè)都難以一次完成臂尾孔的鏜、銑加工[1]。
圖2 臂架變幅孔和臂尾孔
3 臂架加工選用機床
面對這樣的加工要求，如果使用普通的單頭落地鏜銑床對臂架兩側(cè)對稱布局的臂尾孔和變幅孔分別進行加工，不但增加了零件調(diào)頭裝夾和重復(fù)找正的時間，而且分兩次進行裝夾必然會疊加找正誤差，降低兩個對置孔的同軸度，因此，能夠分別從工件相對的兩個側(cè)面同時進行鏜削和銑削加工的雙面落地鏜銑床成為最佳的選擇[2]。本文主要以刨臺式雙面落地鏜銑床（見圖3）為例，對臂架雙側(cè)同時加工的方法及其編程進行介紹。
圖3 刨臺式雙面落地鏜銑床
刨臺式雙面落地鏜銑床采用工作臺移動式結(jié)構(gòu)，即工作臺是整個機床唯一的X軸。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于，兩側(cè)主機共用同一個工作臺，而兩個主軸在X方向上相對于地面都是靜止不動的，因此只要在機床安裝時調(diào)整好兩個對置主軸之間的同軸度，無論工作臺如何運動，在臂架的整個長度上進行雙面同時加工時，兩個主軸在X方向的相對位置始終都是保持不變的。
使用這種結(jié)構(gòu)的機床進行對置孔加工時，如果僅對兩個主機進行雙通道控制，無法完成兩個主軸同時執(zhí)行包含X軸插補的加工動作。因此，控制系統(tǒng)還必須具有軸耦合功能，讓具有X、Y、Z三個幾何軸的主機在通道1內(nèi)獨立運行，另一個缺少X軸的主機在通道2內(nèi)將其Y軸和Z軸分別與通道1的Y軸和Z軸進行耦合聯(lián)動，作為從動軸做跟隨運動，從而完成兩個主軸的同步鏡像加工，機床軸設(shè)置如圖4所示。
圖4 刨臺式雙面落地鏜機床軸設(shè)置
采用耦合方式加工，對于加工程序的編寫也十分有利。由于對稱加工部分只需在通道1的程序中進行編寫，所以當(dāng)加工方法、加工位置以及加工參數(shù)發(fā)生變更時，只需修改通道1中的程序即可，避免了雙通道程序修改不統(tǒng)一造成的加工錯誤。能否正確使用耦合功能又關(guān)系到雙通道控制中的通道協(xié)調(diào)功能，由于通道2缺少機床軸X，因此開啟和關(guān)閉耦合功能的時機就很關(guān)鍵。在所有參與加工插補的軸進入耦合狀態(tài)之前，主、從動軸需要預(yù)先定位到一個適當(dāng)?shù)奈恢?，這需要運用通道協(xié)調(diào)指令在兩個通道的程序中各自設(shè)定好集合位置，以便相關(guān)的軸能夠統(tǒng)一行動。
4 臂架加工工藝
鑒于臂架零件較長，因此按照加工部位優(yōu)先的原則，先加工臂架尾端的尾鉸孔，再加工臂架中部的變幅孔[3]。臂架加工工序如圖5所示，加工工藝卡見表1。
表1 臂架加工工藝卡
圖5 臂架加工工序示意
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5 加工程序列表
根據(jù)工藝過程的安排，將臂架加工程序按照通道協(xié)調(diào)的需要以及程序功能的分類進行了結(jié)構(gòu)劃分，具體見表2。
表2 臂架加工程序列表
主程序包含了加工過程的整體框架，如果需要對加工過程進行調(diào)整，只需要簡單地添加、刪除其中的子程序，或者調(diào)整其中子程序的調(diào)用順序即可。每一個加工功能子程序負責(zé)完成某個部位的具體加工動作。而聯(lián)動耦合控制子程序負責(zé)定義需要進行耦合控制的各個機床軸，并且在每一個加工功能子程序中激活和關(guān)閉耦合功能。
6 聯(lián)動耦合加工過程及程序示例
雙通道聯(lián)動耦合加工過程如圖6所示，加工程序示例見表3。
圖6 聯(lián)動加工過程示意
表3 耦合聯(lián)動加工程序示例
7 結(jié)束語
加工程序結(jié)構(gòu)化的目的是按照邏輯結(jié)構(gòu)把復(fù)雜的加工程序分解為簡單的組成部分，使程序的編寫和修改更加簡單、高效。本文介紹的刨臺式雙面落地鏜銑床加工臂架的工藝編程方法，以及雙主軸同時加工所用到的跨通道程序協(xié)調(diào)、聯(lián)動耦合控制等指令，已經(jīng)應(yīng)用在實際加工中。實踐證明，這種方法很好地解決了臂架中對稱位置孔加工的效率和精度問題。
