浅谈液压阀块的数控加工中心加工
浅谈液压阀块的数控加工中心加工
作者 江苏省泰州技师学院 张建明
摘要： 液压阀块作为液压阀的重要组成部分，其在液压系统中的重要性越来越被人们所认识，它的应用范围也越来越广。本文以本校为协作单位加工的一种液压阀块为例，分析了阀块的加工工艺、工装夹具的设计、刀具的选择以及编程等方面的问题，解决了阀块在生产中的效率、成本、尺寸精度和孔系位置度等一系列难题。
关键词： 阀块 加工中心 固定循环 四轴编程
一、概述
在液压系统中，液压阀是一种以压力油为操作介质的自动化元器件，它一般与电磁配压阀组合起来使用，可用于远距离控制水电站油、气、水管路系统的通断。液压阀块作为液压阀的重要组成部分，其在液压阀中起到控制液流方向、压力和流量的重要作用，其在液压系统中的重要性越来越被人们所认识，它的应用范围也越来越广。
本文以本校为协作单位加工的一种液压阀块为例，分析了液压阀块的加工工艺、工装夹具的设计、刀具的选择以及编程等方面的问题，解决了液压阀块在生产中的效率、成本、尺寸精度和孔系位置度等一系列难题。
二、工作任务
加工下图所示零件，毛坯为Φ56×65mm的棒料,材料为铝合金LY12。要求采用数控加工中心机床加工平面和孔系。
具体加工尺寸见零件图
下图为半成品毛坯
毛坯的外形为Φ52mm的圆柱，长度为56.5mm。右端的M35×1细牙螺纹、两端的一部分内孔和槽已经加工完毕。
三、零件工艺分析
这个零件是外协作单位请我们帮忙加工的，要求在圆柱面上加工平面，形成38×38mm的正方形，并在其中三个平面上加工孔系。对外表面要求较高，所有表面的表面粗糙度为Ra1.6，在加工过程中不允许有夹伤。由于是阀块类零件，零件上主要加工孔系，且各个孔之间大部分为联通的，所以对各个孔之间的位置度要求较高。我们考虑采用四轴加工中心一次加工到位。由于右端的M35×1细牙螺纹已经加工好了，且工件材料为铝合金，容易变形，不允许直接对螺纹进行夹持加工。因此考虑做专门的工装夹具。零件图上标注的直径为Φ8.5和Φ11.1的孔为英制管螺纹螺纹的底孔孔径，所以我们要采用英制丝锥进行攻丝。这两种螺纹孔尺寸为Rc1/8和Rc 1/4。零件的结构不算很复杂，编程的难度不算高，因此考虑采用手工编程。
三、相关编程指令的处理
（一）、平面的编程加工
对于平面的加工，我们通常使用面铣刀和立铣刀进行加工。如果平面面积较大，宜采用面铣刀，反之，采用立铣刀。这样可以避免在平面上产生刀痕，影响工件的美观。
加工平面使用到的指令很简单，如G00、G01。
(1)、G00 为快速点定位指令，主要用于切削之前的刀具定位，机床运行速度较快，使用时注意不能撞刀。
指令格式：G00 X____ Y_____Z___；
（2）、G01 直线插补指令，主要用于切削加工，加工轨迹为直线，速度由编程人员通过指令控制。
指令格式：G01 X___Y___Z___F___；
（二）、孔系的编程加工
对于孔系的加工，数控系统都有固定循环功能，编程非常方便。简单的固定循环指令，如G81、G82、G83等指令用于钻孔，G80指令用于取消固定循环。
本工件主要要考虑前面所说的英制管螺纹孔的加工。这两种螺纹孔尺寸为Rc1/8和Rc 1/4。
我们要用到攻丝循环指令G84。
G84：攻右螺纹孔固定循环指令
格式：G90 G98（G99） G84 X__Y__ Z__R__F__；
说明：与G81的主要区别是：G84攻右螺纹时主轴正转进给，攻右螺纹结束后退出时主轴反转以进给速度返回到R平面（G99）或初始平面（G98）。攻螺纹过程要求进给速度与主轴转速成严格的比例关系，其比例系数为螺纹的螺距，即：进给速度=螺纹的螺距×主轴转速，因此，编程时要求根据主轴的转速计算出进给速度。
Rc1/8为每英寸牙数是28牙，通过计算，螺纹的螺距为0.907mm。
Rc 1/4为每英寸牙数是19牙，通过计算，螺纹的螺距为1.337mm。
（三）、对于四轴的编程
对于四轴的编程，我们比较陌生，从来没有接触过。这个零件，外形是圆柱，我们要在圆周上加工出四个平面，然后在平面上加工孔。我们可以考虑简化编程，把四个平面分成四次进行加工，一个面一个面的加工。一个平面加工结束之后让数控分度头旋转90o就可以了，然后加工第二个平面。
加工中心的四轴，实际上是在机床上加了一个平行于X轴的旋转轴，我们定义为A轴。在编程时，我们如果要让A轴旋转，只要在程序中加入A就可以了。
如：G00 A__；
G01 A__ F__；
需要提醒的是，在加工时，为了避免旋转分度头产生振动，影响加工零件的表面质量，要把第四轴也就是A轴锁紧。当然不是手工锁紧了，我们系统用专门的指令代码。
第四轴锁紧：M35 ；
第四轴松开：M36 ；
在需要第四轴旋转时使用M36指令代码，不然机床将产生报警。
（四）、换刀指令和刀具长度补偿指令的使用
本零件牵涉到多工序、多种切削方式、多种多把切削刀具，每把刀具长度不一样。而且本产品为小批量生产，所以我们在编程时要考虑使用刀库和刀具长度补偿功能，这样才能发挥加工中心机床的特点，节省加工时间，使利润最大化，也降低操作者的劳动强度，同时保证了零件的加工精度。
1、换刀指令的使用
加工中心自动换刀功能是通过机械手（自动换刀机构）和数控系统的有关控制指令来完成的。
机床的换刀动作（指令）有两个：
选刀：T××， ××代表你要使用的刀号；
换刀：M6
每一把刀加工结束之后，我们只要在程序中的适当位置加入T×× M6指令，就可以使主轴换到下一把将要使用的刀具，不需要手工换刀。
2、刀具长度补偿指令
刀具长度补偿指令有G43，G44，G49，每一把刀具的长度都不一样，我们在是有多把刀具加工时，必须采用刀具长度补偿指令来进行编程，避免撞刀。
G43 G00 Z??? ?H??? ?
?? ?G01 Z??? ?H??? ???????????
G44 G00 Z??? ?H??? ?
??? G01 Z??? ?H???
G49 G00 Z??? ?
??? G01 Z??? ?
G43:刀具长度沿补偿轴正方向补偿
G44：刀具长度沿补偿轴负方向补偿
G49：取消长度补偿
H00：取消长度补偿
四、工装夹具的设计与加工
本零件由于是小批量生产，且夹紧易变形，右端的M35×1的细牙螺纹已经加工，故要设计制造专用夹具加工零件。
如下图所示，工件装夹方式如图
采用一夹一顶的方式，右端采用芯轴，芯轴装到数控分度头的三爪卡盘上，然后把毛坯中心的M10×1的螺纹孔与芯轴连接旋紧，左端用配套的尾座顶尖顶住，保证顶尖与芯轴（分度头）的轴线同轴。
五、坐标系原点的确定
加工时，工件坐标系原点的确定要考虑的对刀和编程的方便。因为本工件右端与夹具的芯轴连接，对刀不太方便，所以把工件的坐标系原点选择确定在工件左端面与工件轴线交点上。
六、选择机床
选用VMCL850型FANUC 0i MD系统四轴加工中心或者哈斯系统的四轴加工中心对工件进行加工。
七、填写数控加工工艺卡片
八、编写程序
%
O0001
T1(D28XD)；
M6；
M36；
G59 G90 G0 X10 Y35 A0 ；
M35；
G43 H1 G0 Z50 S500 M03；
G0 Z10 M08；
G01 Z0.2 F100；
G01 Y-30；
G0 Z10；
X36 Y35 ；
G01 Z0.2 F100；
G01 Y-30；
G0 Z50；
M36；
G0 A90；
M35；
G0 X10 Y35；
G0 Z10；
G01 Z0.2 F100；
Y-30；
G0Z10；
G0 X36 Y35；
G01 Z0.2 F100；
Y-30；
G0 Z50；
M36；
G0 A180；
M35；
G0 X10 Y35 ；
G0 Z10；
G01 Z0.2 F100；
Y-30；
G0 Z10；
X36 Y35；
G01 Z0.2 F100；
Y-30；
G0 Z50；
M36；
G0 A270；
M35；
G0 X10 Y35；
G0 Z10；
G01 Z0.2 F100；
Y-30；
G0 Z10；
G0 X36 Y35；
G01 Z0.2 F100；
Y-30 ；
G0 Z50 M09 ；
M36；
G91 G28 Z0 M05；
T2(D63XD)；
M6 ；
G59 G90 G0 X25 Y58 A270 ；
M35；
G43 H2 G0 Z50 S2000 M03；
G0 Z10 M08；
G01 Z0 F400；
Y-58；
G0 Z50；
M36；
G0 A180 ；
M35；
G0 X25 Y58；
G0 Z10；
G01 Z0 F400；
Y-58；
G0 Z50；
M36；
G0 A90；
M35；
G0 X25 Y58 ；
G0 Z10；
G01 Z0 F400；
G01 Y-58；
G0 Z50；
M36；
G0 A0；
M35；
G0 X25 Y58；
G0 Z10；
G01 Z0 F400；
Y-58；
G0 Z50 M09；
M36；
G91 G28 Z0 M05；
T3(D3ZXZ)；
M6 ；
G59 G90 G0 X10.15 Y3.5 A0 ；
M35；
M08；
G43H3G0Z50S1500M03
G98G81Z-3R2F100
X35
X19.9Y-9.1
G80
M36
G0A-90
M35
G59G90G0X39Y0
G0Z50S1500M03
G98G81Z-3R2F100
G80
G0Z50
M36
G59G90G0A-180
M35
G0X20.05Y0
G0Z50S1500M03
G98G81Z-3R2F100
X19.9Y9.1
X35Y-3.5
X10.05
G80
G0Z50M09
M36
G91G28Z0M05
T4(D3ZT)
M6
G59G90G0X20.05Y0A-180
M35
M08
G43H4G0Z50S1500M03
G98G83Z-17R2Q5F100
X35Y-3.5Z-15
G98G81X10.15Y-3.5Z-5.2R2
G80
G0Z50
M36
G0A-90
M35
G90G0X39Y0
G0Z50S1500M03
G98G83Z-11.5R2Q5F100
G80
G0Z50
M36
G90G0A0
M35
G90G0X10.15Y3.5
G0Z50S1500M03
G98G81Z-5.2R2F100
G83X35Y3.5Z-15R2Q5
G80
G0Z50M09
M36
G91G28Z0M05
T5(D8.5XD)
M06
G59G90G0X10.15Y3.5A0
M35
M08
G43H5G0Z50S1000M03
G98G81Z-5.2R2F50
X35Y3.5Z-9.1
G80
M36
G0A-180
M35
G90G0X10.15Y-3.5
G0Z50S1000M03
G98G81Z-5.2R2F50
X35Y-3.5Z-9.1
G80
M09
M36
G91G28Z0M05
T6(D11ZT)
M6
G59G90G0X19.9Y9.1A-180
M35
M08
G43H6G0Z50S1000M03
G98G83Z-14.5R2Q3F50
G80
M36
G0A0
M35
G90G0X19.9Y-9.1
G0Z50S1000M03
G98G83Z-14.5R2Q3F50
G80
M09
M36
G91G28Z0M05
T7(D11XD)
M6
G59G90G0X39Y0A-90
M35
M08
G43H7G0Z50S1000M03
G98G83Z-11.5R2Q3F50
G80
M09
M36
G91G28Z0M05
T8(D16DJD)
M6
G59G90G0X39Y0A-90
M08
G43H8G0Z50S1000M03
G98G81Z-4.5R2F50
G80
G0A-180
G0Z50S1000M03
G98G81X19.9Y9.1Z-4.5R2F50
X10.15Y-3.5Z-3.1
X35Y-3.5Z-3.1
G80
G0A0
G0Z50S1000M03
G98G81X19.9Y-9.1Z-4.5R2F50
X10.15Y3.5Z-3.1
X35Y3.5Z-3.1
G80
M09
G91G28Z0M05
T9(Rc1/8 SZ)
M06
G59G90G0X10.15Y3.5A0
M35
M08
G43H9G0Z50S100M03
G98G84Z-3R2F90.7
X35Y3.5Z-3
G80
M36
G59G90G0A-180
M35
X10.15Y-3.5
G0Z50S100M03
G98G84Z-3R2F90.7
X35Y-3.5Z-3
G80
M09
M36
G91G28Z0M05
T10(Rc1/4 SZ)
M06
G59G90G0X19.9Y9.1A-180
M35
M08
G43H10G0Z50S100M03
G98G84Z-6R2F133.7
G80
M36
G59G90G0X39Y0A-90
M35
G0Z50S100M03
G98G84Z-6R2F133.7
G80
M36
G59G90G0X19.9Y-9.1A0
M35
G43H10G0Z50S100M03
G98G84Z-6R2F133.7
G80
M09
M36
G91G28Z0M05
T11(D6XD)
M6
G59G90G0X20.5Y-11A0
M35
M08
G0G43H11Z50S1500M03
G98G83Z-27R-10Q5F50
G80
M09
M36
G91G28Z0M05
T12(D2.8ZT)
M6
G59G90G0X12.52Y3.5A0
M08
G0G43H12Z50S1500M03
G98G83Z-10.R2Q5F100
G80
G0A-180
G59G90G0X12.52Y-3.5
G0Z50S1500M03
G98G83Z-10.R2Q5F100
G80
G0Z50M09
G91G28Z0M05
G91G28Y0A0
M30
%
九、工件的检测
工件首件加工结束后，用三坐标测量机对工件进行检测，零件的尺寸精度和各孔的形状和位置精度完全达到图纸要求。在以后的批量生产时，我们可以采用相应的量具对零件进行检测，并随机抽取零件用三坐标测量机进行抽检，以控制产品的质量。
十、结束语
采用传统工艺加工液压阀块，不仅加工精度难以保证，而且加工效率也比较低。我们采用四轴加工中心进行加工，减少了零件装夹的次数，避免了加工过程中人为产生的不确定因素对工件质量的影响，提高了零件的加工精度，降低了工人的劳动强度，节约了生产成本，增强了企业的竞争力。
浅谈液压阀块的数控加工中心加工.doc
