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某机活塞壳体铣加工技术研究

摘要：本文主要对利用三坐标立式加工中心加工某机活塞课题的合理性与

加工的可行性进行分析，通过对首件加工，验证了数控程序的正确，其中主要涉

及到西门子系统极坐标偏转指令TRANS、APROT和RPL的应用以及相关举例说明。

通过该工艺方法的技术研究，成功改变了传统加工该类零件的数控编程方法，同

时未利用相关CAM软件进行采点即可加工出复杂型面，大幅降低了生产准备时间。

后期通过批量加工并验证，实现加工出的尺寸和技术要求完全能够保证设计图规

定的尺寸和技术要求

关键词：活塞壳体三坐标加工中心极坐标偏转坐标转换

一、引言

伴随高新装备制造产业的飞速发展，机械产品的结构、性能、精度、效率和

品种的要求越来越高。数控设备应时而起，并以其高效、高精度以及加工灵活可

变的特点，在各行各业中取得了越来越广泛的应用。很明显，数控技术的开发和

应用在现代装备制造业中的地位十分重要。其中高档数控加工中心以其高效率、

高精度、低成本的特点在不断的发展中壮大，成为一个企业核心竞争力的有效组

成部分。

其中以壳体类零件的铣加工难度较高，其材料多为高温合金或钛合金，单台

数量大，尺寸精度高，型面呈现不规则表现，加工中往往涉及多道铣加工工序，

其每道都需专用工装进行辅助装夹，制造成本较高。活塞壳体在发动机中属传动

件，因发动机性能要求越来越高，新结构下的活塞壳体对尺寸精度及技术条件的

要求都极高，以往传统的加工方法已难以保证设计要求及较高的加工效率。因此

采用先进控制系统的立式加工中心完成该类零件的铣加工已成必然趋势。

二、零件加工过程分析

一）加工总体方案

本次加工的主要任务是零件沿圆周均布的6个风扇窗口，窗口部位的尺寸相

对比较复杂，若采用传统编程方法在三坐标加工中心上进行，在一个坐标系G54

下需要写出6个窗口的轮廓程序，再进行分步加工。那么势必将会造成大量的重

复工作，而在多处点位坐标值的手动输入过程中，也因数据量较大而易产生错误

或者遗漏影响产品质量。基于西门子控制系统的高级编程语言，利用极坐标偏转

指令可以实现只需一个轮廓程序完成6个轮廓尺寸的加工，不但简化了程序的输

入，减小了工作量，同时最大限度的降低了手动输入等人为干预因素，更加容易

保证零件的加工质量。

二）装夹

要铣削零件上部的6个风扇窗口，那么装夹定位面必定在零件的六方形安装

边的所处的端面上。零件大部分内腔属与中空薄壁状态，同六方安装边又与零件

的外圆柱面产生干涉，因此不能采用常规的软三爪卡盘进行定位装夹。根据零件

的机构设计出基准定位的夹具进行辅助装夹，保证零件的装夹及轴向尺寸的定位

精确。

三）设备功能简介

加工中采用国产立式加工中心，本机床为三轴立式加工中心，能加工所有固

定轴铣削零件，配备24刀位的旋转刀库。与传统的三坐标立式加工中心相比，

在主工作台上配置了可旋转工作台，除具有X、Y、Z提供的三个直线运动轴，还

具备了A轴和B轴两个方向的旋转功能，具备了5坐标3轴联动加工的能力。

四）具体加工过程

零件的加工过程路线及思路

轮廓铣加工方法，一般都是经过UG建模后通过后置处理自动编程，仿真验

证后进行加工。生产准备时间长，程序优化难度较大，在单件小批生产过程中，

极大的浪费加工周期。利用数控系统极坐标转换的编程方法编制该零件程序单个

轮廓的加工程序后，即可实现其余5个尺寸相同，位置不同的轮廓特征。在CAD

软件上进行采点后取其中一个轮廓点位如下图所示，因采用Ф10mm圆柱铣刀进

行加工，在较小的尺寸空间内，因西门子系统本身原因，刀具补偿时容易出现过

切现象，为了避免该现象，在实际加工中采用刀心编程不加刀具半径补偿指令。

图中窗口内虚线轨迹为铣刀刀心的走刀路径。

因为采用端铣加工时，铣刀刀具中心位置的切削速度为0，如果直接采用端

面进行，刀具受力较大，因此在轮廓铣加工前，现采用Ф13mm钻头去除余量如

下图所示。再采用Ф10mm铣刀进行铣加工。

数控程序指令说明

为了使程序语句较为简洁，修改方便，将单个轮廓的铣加工程序编制为L01

号子程序，在主程序中进行调用，而主程序中即应用了本文着重介绍的极坐标偏

转指令AROTRPL指令，其中编程远点G505设定在零件的回转中心。

零件的最终检验

从检验记录中看到，