龙门五面体数控机床的深孔加工方法
【专利摘要】本发明涉及一种龙门五面体数控机床的深孔加工方法，包括如下步骤：（1）检测与调整工作台水平度，（2）检测与调整X轴与Y轴垂直度；（3）检测与调整X轴与Z轴，Y轴与Z轴的垂直度；（4）对深孔的粗镗和半精镗；（5）检测与调整直角铣头锥孔轴线的轴向跳动、径向跳动、同心度，直角铣头在90°和270°方向轴心同心度；（6）直角铣头装夹精镗刀以90°方向从深孔一端面进刀加工，当精镗完孔深的一半，退刀至指定位置，将直角铣头旋转至270°，精镗刀从深孔另一端面进行精镗余下部分。通过在工件加工前进行机床的精度参数检测与调整以及在深孔精镗前对直角铣头进行锥孔轴线轴径向跳动，提高设备加工精度，实现大直径深孔的精确加工。
【专利说明】龙门五面体数控机床的深孔加工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种龙门五面体数控(加工)机床的深孔加工方法，特别涉及孔深大于等于800mm的深孔加工方法。
【背景技术】
[0002]现在技术中，对于那些大型的、有深孔精加工要求的工件，如大型数控冲床底座、长2090mm宽1400mm、高900mm、重量6.5吨、其中装备孔(分为四个阶段孔)直径245mm、直径公差是0.02mm、孔深920mm、同心度0.02mm、平面度0.0lmm,此类工件的深孔加工较为困难，
常规加工方案:采用大型精密数控机床包括龙门五面体。前面工序是粗精加工六个面尺寸及粗镗深孔余量，最后工序分别从A面精镗两个阶段孔，翻转工件或主轴头旋转，从B面精镗另两个阶段孔。因整体工件加工余量大，产生应力变形大，重复定位次数多，大直径并超长镗刀加工此部位，故刀具重量也过重，加工过程受主轴转速，重力，加工挤压力等影响，导致加工误差增大，机床各方面精度误差累加，很难保重大型工件多方面形位公差在0.02mm内。
[0003]目前市场上虽然使用大型五面体加工此工件，因图纸中尺寸精度要求过高，加工面大，而且相关尺寸相互约束，工件过大，机床、刀具、工装、检具、人员产生累积误差，其最高加工精度只在0.04mm，不能满足客户大型数控冲床组装精度在设计上要求。
【发明内容】
[0004]针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种能实现超加工精度的龙门五面体数控机床的深孔加工方法。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:
一种龙门五面体数控机床的深孔加工方法，所述的龙门五面体数控机床具有机床立柱、工作台、横梁、主轴、直角铣头，所述的工作台的底部设置有用于调节工作台水平度的若干工作台地脚螺丝，所述的机床立柱的底部设置有用于调节X轴/Y轴/Z轴移动方向的若干机床立柱地脚螺丝，所述的直角铣头安装在所述的主轴的下端部上，所述的直角铣头上设置有用于调整直角铣头角度的偏心套，所述的偏心套上配置有锁紧螺母，所述的直角铣头设有用于安装刀具的直角铣头锥孔；所述的深孔加工方法包括如下步骤:
(1)、检测与调整工作台水平度:将两只电子水平仪沿X轴和Y轴方向放置于工作台上，沿X轴全行程手动移动工作台，观察电子水平仪读数是否在2 μ m内，如果在2 μ m内，则说明平行度符合要求，如果超过2 μ m,则调整工作台地脚螺丝至工作台水平度符合要求；
(2)、检测与调整X轴和Y轴的垂直度:在工作台中央位置放置两个等高块，将平尺沿Y轴方向放置于两个等高块上，将千分表架在主轴的下端部，用千分表沿平尺两端X方向校正，再将千分表表头下压至平尺一端侧面，沿Y轴方向移动表头至平尺的另一端，观察千分表读数最大差值是否在2 μ m内，如果在2 μ m内，则说明平行度符合要求，如果超过2 μ m，调整机床立柱地脚螺丝至X轴与Y轴垂直度符合要求； (3 )、检测与调整Z轴移动相对X轴移动的垂直度:在工作台中央位置放置调整块，将方尺放置调整块上，千分表架在主轴端，表头压至方尺上表面，手动移动X轴并调整方尺下面调整块至千分表读数不变化，在X — Z平面内打表至方尺Z轴方向面，手动移动Z轴读取千分表读数最大差值是否在2 μ m内，即Z轴方向移动相对X轴方向移动的垂直度是否在2 μ m内，如果在2 μ m内，则说明垂直度符合要求，如果超过2 μ m,调整机床立柱地脚螺丝至千分表读数最大差值在2 μ m内；
(4 )、检测与调整Z轴移动相对Y轴移动的垂直度:在工作台中央位置放置调整块，将方尺放置调整块上，千分表架在主轴端，表头压至方尺上表面，手动移动Y轴并调整方尺下面调整块至千分表读数不变化，在Y — Z平面内打表至方尺Z轴方向面，手动移动Z轴读取千分表读数最大差值是否在2 μ m内，即Z轴方向移动相对Y轴方向移动的垂直度是否在2 μ m内，如果在2 μ m内，则说明垂直度符合要求，如果超过2 μ m,调整机床立柱地脚螺丝至千分表读数最大差值在2 μ m内；
(5)、将待加工工件安装在工作台上，对工件除安装面以外的其他加工面进行加工，并对深孔进行粗镗和半精镗；
(6)、检测与调整直角铣头锥孔轴线的轴向跳动、径向跳动、同心度:将主轴检测棒安装在直角铣头锥孔内，手动程序控制直角铣头旋转至90°方向，千分表固定在工件上，表头压至主轴检测棒前端外圆面高点，沿Y轴方向在主轴检测棒上移动，读取千分表最大差值，在2 μ m内为合格，如果超过2 μ m,松懈锁紧螺母微调偏心套或在设备系统参数中调整至直角铣头在90°方向时轴向跳动在2μπι内，移动千分表至主轴检测棒前端外圆面，低速旋转主轴检测棒，读取千分表最大差值，即直角铣头锥孔轴线的径向跳动，并寻找最高点作上标记点，手动程序控制直角铣头旋转至270°方向，千分表表头压至主轴检测棒前端外圆面高点，沿Y轴方向在主轴检测棒上移动，读取千分表最大差值是否在2 μ m内，如果在2 μ m内，则说明垂直度符合要求，如果超过2 μ m,松懈锁紧螺母微调偏心套或在设备系统参数中调整至直角铣头在270°方向时轴向跳动在2μπι内，移动千分表至主轴检测棒前端外圆面，低速旋转主轴检测棒，读取直角铣头锥孔轴线的径向跳动，然后打表至上述标记点读取差值，即直角铣头在90°方向和270°方向时轴心是否满足同心度要求，如果读取的差值在2 μ m内，则符合同心度要求，如果超过2 μ m,则在系统参数中调整，再次打表直至标记点差值在2 μ m内；
(7)、拆下主轴检测棒，在直角铣头锥孔内安装精镗刀，切换到加工模式，继续运行程序，直角铣头位于90°方向时从深孔一端面进刀加工，当镗完孔深的至少一半时，退刀至指定位置，将直角铣头旋转180°至直角铣头位于270°方向，精镗刀从深孔另一端面精镗余下部分。
[0006]上述深孔加工方法的技术方案中，优选地，在步骤(7 )精镗孔分两刀，最后一刀时留有0.1mm余量，暂停加工，用内径千分尺和杠杆千分表对深孔进行孔径和同心度及其他位置度检测，计算出现有余量和形位尺寸误差，在系统中调整和补偿精加工参数后，再完成最后一刀到的精键加工。
[0007]上述深孔加工方法的技术方案中，优选地，所述的加工方法中，平尺选用长度大于等于1.6m、精度为大于等于000级的大理石平尺。
[0008]上述深孔加工方法的技术方案中，优选地，所述的加工方法中，方尺选用边长大于等于600mm、精度为大于等于000级大理石方尺。
[0009]本发明的有益效果在于:通过在工件加工前进行机床的精度参数检测与调整以及在深孔精镗前对机床的直角铣头进行主轴锥孔轴线轴向跳动，90°和270°方向锥孔轴心轴向跳动和同心度检测与调整，突破现有设备加工精度，实现大直径深孔的精确加工。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]附图1为龙门五面体数控机床的结构示意图；
其中:1、安全防护栏；2、自动换刀装置；3、工作台；4、机床立柱；5、床身；6、主轴；7、床鞍；8、横向轨道；9、横梁；10、直角铣头；11、主操作面板；12、工作台地脚螺丝。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图所示的实施例对本发明作以下详细描述:
龙门五面体数控机床是指待加工工件一次装夹后，除安装面外五个面加工，兼有立式加工中心和卧式加工中心功能，加工过程中可保证工件位置公差，尺寸一致性较好。
[0012]如图1所示的龙门五面体数控机床，图中能看得见的部分包括安全防护栏I ;自动换刀装置2、工作台3、机床立柱4、床身5、主轴6、床鞍7、横向轨道8、横梁9、直角铣头10、主操作面板11、若干个工作台地脚螺丝12。其中看不见的部分还包括若干机床立柱地脚螺丝、主轴箱、设置在直角铣头上、用于调整直角铣头角度的偏心套、配置在偏心套上的锁紧螺母等。工作台地脚螺丝12设置在工作台3的底部、用于调节工作台水平度。若干机床立柱地脚螺丝设置在机床立柱4的底部、用于调节X轴/Y轴/Z轴移动方向。主轴6下端部具有主轴锥孔(图中未示出)，此主轴锥孔可以直接安装加工刀具，也可以将直角铣头10安装在此主轴锥孔内。直角铣头10上设置有用于调整直角铣头10角度的偏心套(图中未示出)，偏心套上配置用于将偏心套锁紧的锁紧螺母(图中未示出)，直角铣头10的下方设有用于安装刀具的直角铣头锥孔。
[0013]本发明的Z轴方向指的是机床立柱的延伸方向，Y轴方向指的是横梁的延伸方向，X轴指的是工作台的移动方向，X轴、Y轴、Z轴相互垂直。
[0014]在着手进行深孔加工之前，需要进行如下准备:①对于长度超长的精镗刀在设计上要设置配重，并校验调整刀头重心在刀具中心上，在保重刚性前提下，减轻刀具重量，确保刀具加工过程中不偏摆，提高刀具精度进而降低产品形位尺寸误差；②工装设计方面，压紧部位避让深孔附近位置，减少装夹应力变形，根据计算出工件重力分布和切削力大小及方向找出压紧点位置，以及装夹力大小；③定制专用的主轴检测棒、000级大理石平尺、000级大理石方尺，购买电子水平仪分别在加工前和精加工前对龙门五面体数控机床各精度检测和调整，突破设备现有0.005mm加工精度，提升至0.002_精度。
[0015]在开始加工之前，还需要先对龙门五面体数控机床进行如下方面的检测和调整，此时直角铣头未安装在主轴锥孔内，具体检测和调整方法如下:
(I)、检测与调整工作台水平度:将两只电子水平仪沿X轴和Y轴方向放置于工作台上，沿X轴全行程手动移动工作台，观察电子水平仪读数是否在2 μ m内，如果在2 μ m内，则说明平行度符合要求，如果超过2 μ m，则调整工作台地脚螺丝至工作台水平度符合要求；其中，工作台的水平度检测要测试多个位置，如工作台的中间位置、四个角的位置，端部的中间位置，在实际检测中，各个位置分次进行，各个检测位置均达到水平度要求才算合格。
[0016](2)、检测与调整X轴与Y轴垂直度:在工作台中央位置放置两个等高块，将定做的长1.6米、精度为000级的大理石平尺沿Y轴方向放置于两个等高块上，将千分表架在主轴的下端部，用千分表沿平尺两端X方向校正，再将千分表表头下压至平尺一端侧面，沿Y轴方向移动表头至平尺的另一端，观察千分表读数最大差值是否在2 μ m内，如果在2 μ m内，则说明平行度符合要求，如果超过2 μ m,调整机床立柱地脚螺丝至X轴与Y轴垂直度符合要求。
[0017](3)、检测与调整Z轴移动相对X轴移动的垂直度:在工作台中央位置放置调整块，将定做的、尺寸为600mmX600mm、精度为000级的大理石方尺放置在调整块上，千分表架在主轴端，表头压至方尺上表面，手动移动X轴并调整方尺下面调整块至千分表读数不变化，在X — Z平面内打表至方尺Z轴方向面，手动移动Z轴读取千分表读数最大差值是否在2 μ m内，即Z轴方向移动相对X轴方向移动的垂直度是否在2 μ m内，如果在2 μ m内，则说明垂直度符合要求，如果超过2 μ m，调整机床立柱地脚螺丝至千分表读数最大差值在2 μ m内。
[0018](4)、检测与调整Z轴移动相对Y轴移动的垂直度:在工作台中央位置放置调整块，将定做的、尺寸为600mmX 600mm、精度为000级的大理石方尺放置调整块上，千分表架在主轴端，表头压至方尺上表面，手动移动Y轴并调整方尺下面调整块至千分表读数不变化，在Y — Z平面内打表至方尺Z轴方向面，手动移动Z轴读取千分表读数最大差值是否在2 μ m内，即Z轴方向移动相对Y轴方向移动的垂直度是否在2μπι内，如果在2μπι内，则说明垂直度符合要求，如果超过2 μ m，调整机床立柱地脚螺丝至千分表读数最大差值在2 μ m内。
[0019]经过上述(I)?(4)的调整，龙门五面体数控机床即能达到初步加工的要求，待加工工件以定位基准面安装在工作台上，对除安装底面以外的其他加工面进行加工，并对深孔进行粗镗和半精镗。
[0020]在半精镗完成后、精镗开始前，对直角铣头进行轴线轴向跳动，直角铣头在90°和270°方向时锥孔轴心同心度检测与调整，以满足精镗的加工条件要求，所述的检测与调整步骤如下:
将定制的长400_主轴检测棒安装在直角铣头锥孔内，手动程序控制直角铣头旋转至90°方向，千分表固定在工件上，表头压至主轴检测棒前端外圆面高点，沿Y轴方向在主轴检测棒上移动，读取千分表最大差值，在2 μ m内为合格，如果超过2 μ m，松懈锁紧螺母微调偏心套或在设备系统参数中调整至直角铣头在90°方向时轴向跳动在2 μ m内，移动千分表至主轴检测棒前端外圆面，低速旋转主轴检测棒，读取千分表最大差值，即直角铣头锥孔轴线的径向跳动，并寻找最高点作上标记点，手动程序控制直角铣头旋转至270°方向，千分表表头压至主轴检测棒前端外圆面高点，沿Y轴方向在主轴检测棒上移动，读取千分表最大差值是否在2 μ m内，如果在2 μ m内，则说明垂直度符合要求,如果超过2 μ m,松懈锁紧螺母微调偏心套或在设备系统参数中调整至直角铣头在270°方向时轴向跳动在2 μ m内，移动千分表至主轴检测棒前端外圆面，低速旋转主轴检测棒，读取直角铣头锥孔轴线的径向跳动，然后打表至上述标记点读取差值，即直角铣头在90°方向和270°方向时轴心是否满足同心度要求，如果读取的差值在2 μ m内，则符合同心度要求，如果超过2 μ m,则在系统参数中调整，再次打表直至标记点差值在2 μ m内； 拆下主轴检测棒，在直角铣头锥孔内安装精镗刀，切换到加工模式，继续运行程序，直角铣头位于90°方向时从深孔一端面进刀加工，当精镗完孔深的至少一半时，退刀至指定位置，将直角铣头旋转180°至直角铣头位于270°方向，精镗刀从深孔另一端面精镗余下部分。
[0021]为了使得精镗后的深孔满足高精度的加工要求，增加在线检测量具，在精镗孔最后一刀留有0.1mm余量，暂停程序加工，用高精度内径千分尺和杠杆千分表对深孔进行孔径和同心度及其他位置度检测，计算出现有余量和形位尺寸误差，结合实际加工会产生精度误差，在系统或程序中调整和补偿精加工参数后，最后一刀连续加工保证深孔所有相关加工尺寸精度，避免因反复调整难以控制相关约束尺寸位置精度。
[0022]该深孔的加工方法中，工件其他加工面先加工，并且深孔先粗镗，加工和装夹应力释放完毕，最后一道工序龙门五面体对深孔精加工，通过直角铣头旋转180度转位，分别从深孔的两个端面进刀加工深孔，并且在精镗之前，检测和调整直角铣头轴线的轴向跳动、径向跳动和同心度，保证深孔相关形位尺寸精度。
[0023]综上所述，本发明的深孔加工方法中，增加和设计了主轴检测棒和大理石检测平尺和方尺，在加工产品前对机床精度检测，并进行硬件调整和系统参数补偿，而且在精镗的最后一刀留有0.1mm加工余量前对加工尺寸全面检测，进行调整补偿，保重了最后一刀加工到位，达到图纸尺寸精度要求。通过此方案能使得龙门五面体数控(加工)机床的深孔加工形位公差达到0.02mm的精度。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种龙门五面体数控机床的深孔加工方法，所述的龙门五面体数控机床具有机床立柱、工作台、横梁、主轴、直角铣头，所述的工作台的底部设置有用于调节工作台水平度的若干工作台地脚螺丝，所述的机床立柱的底部设置有用于调节X轴/Y轴/Z轴移动方向的若干机床立柱地脚螺丝，所述的直角铣头安装在所述的主轴的下端部上，所述的直角铣头上设置有用于调整直角铣头角度的偏心套，所述的偏心套上配置有锁紧螺母，所述的直角铣头设有用于安装刀具的直角铣头锥孔； 其特征在于:所述的深孔加工方法包括如下步骤: (1)、检测与调整工作台水平度:将两只电子水平仪沿X轴和Y轴方向放置于工作台上，沿X轴全行程手动移动工作台，观察电子水平仪读数是否在2 μ m内，如果在2 μ m内，则说明平行度符合要求，如果超过2 μ m，则调整工作台地脚螺丝至工作台水平度符合要求； (2)、检测与调整X轴和Y轴的垂直度:在工作台中央位置放置两个等高块，将平尺沿Y轴方向放置于两个等高块上，将千分表架在主轴的下端部，用千分表沿平尺两端X方向校正，再将千分表表头下压至平尺一端侧面，沿Y轴方向移动表头至平尺的另一端，观察千分表读数最大差值是否在2 μ m内，如果在2 μ m内，则说明平行度符合要求，如果超过2 μ m，调整机床立柱地脚螺丝至X轴与Y轴垂直度符合要求； (3 )、检测与调整Z轴移动相对X轴移动的垂直度:在工作台中央位置放置调整块，将方尺放置调整块上，千分表架在主轴端，表头压至方尺上表面，手动移动X轴并调整方尺下面调整块至千分表读数不变化，在X — Z平面内打表至方尺Z轴方向面，手动移动Z轴读取千分表读数最大差值是否在2 μ m内，即Z轴方向移动相对X轴方向移动的垂直度是否在2 μ m内，如果在2 μ m内，则说明垂直度符合要求，如果超过2 μ m,调整机床立柱地脚螺丝至千分表读数最大差值在2 μ m内； (4 )、检测与调整Z轴移动相对Y轴移动的垂直度:在工作台中央位置放置调整块，将方尺放置调整块上，千分表架在主轴端，表头压至方尺上表面，手动移动Y轴并调整方尺下面调整块至千分表读数不变化，在Y — Z平面内打表至方尺Z轴方向面，手动移动Z轴读取千分表读数最大差值是否在2 μ m内，即Z轴方向移动相对Y轴方向移动的垂直度是否在2 μ m内，如果在2 μ m内，则说明垂直度符合要求，如果超过2 μ m,调整机床立柱地脚螺丝至千分表读数最大差值在2 μ m内； (5)、将待加工工件安装在工作台上，对工件除安装面以外的其他加工面进行加工，并对深孔进行粗镗和半精镗； (6 )、检测与调整直角铣头锥孔轴线的轴向跳动、径向跳动、同心度:将主轴检测棒安装在直角铣头锥孔内，手动程序控制直角铣头旋转至90°方向，千分表固定在工件上，表头压至主轴检测棒前端外圆面高点，沿Y轴方向在主轴检测棒上移动，读取千分表最大差值，在2 μ m内为合格，如果超过2 μ m,松懈锁紧螺母微调偏心套或在设备系统参数中调整至直角铣头在90°方向时轴向跳动在2μπι内，移动千分表至主轴检测棒前端外圆面，低速旋转主轴检测棒，读取千分表最大差值，即直角铣头锥孔轴线的径向跳动，并寻找最高点作上标记点，手动程序控制直角铣头旋转至270°方向，千分表表头压至主轴检测棒前端外圆面高点，沿Y轴方向在主轴检测棒上移动，读取千分表最大差值是否在2 μ m内，如果在2 μ m内，则说明垂直度符合要求，如果超过2 μ m,松懈锁紧螺母微调偏心套或在设备系统参数中调整至直角铣头在270°方向时轴向跳动在2μπι内，移动千分表至主轴检测棒前端外圆面，低速旋转主轴检测棒，读取直角铣头锥孔轴线的径向跳动，然后打表至上述标记点读取差值，即直角铣头在90°方向和270°方向时轴心是否满足同心度要求，如果读取的差值在2 μ m内，则符合同心度要求，如果超过2 μ m,则在系统参数中调整，再次打表直至标记点差值在2 μ m内； (7)、拆下主轴检测棒，在直角铣头锥孔内安装精镗刀，切换到加工模式，继续运行程序，直角铣头位于90°方向时从深孔一端面进刀加工，当镗完孔深的至少一半时，退刀至指定位置，将直角铣头旋转180°至直角铣头位于270°方向，精镗刀从深孔另一端面精镗余下部分。
2.根据权利要求1所述的龙门五面体数控机床的深孔加工方法，其特征在于:在步骤(7)精镗孔分两刀，最后一刀时留有0.1mm余量，暂停加工，用内径千分尺和杠杆千分表对深孔进行孔径和同心度及其他位置度检测，计算出现有余量和形位尺寸误差，在系统中调整和补偿精加工参数后，再完成最后一刀到的精镗加工。
3.根据权利要求1所述的龙门五面体数控机床的深孔加工方法，其特征在于:所述的加工方法中，平尺选用长度大于等于1.6m、精度为大于等于000级的大理石平尺。
4.根据权利要求1所述的龙门五面体数控机床的深孔加工方法，其特征在于:所述的加工方法中，方尺选用边长大于`等于600_、精度为大于等于000级大理石方尺。
【文档编号】B23B41/02GK103551627SQ201310544832
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月6日 优先权日:2013年11月6日
【发明者】刘军广, 吴炯, 陈京飙 申请人:苏州工业园区得意机电设备有限公司