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1.       序言

為實施國家節能減排戰略，近年來綠色能源產業發展迅速，風能作為可再生清潔能源，受到了越來越多的關注，風力發電設備的制造產能急劇放大。輪轂作為風力發電機組中的關鍵零件，運行時受力情況較為復雜，可靠性要求高，所以其加工精度要求嚴格。其中，內孔止口是連接的重要部分，加工精度更是重中之重。由于在機械加工中經常采用數控機床圓弧插補功能進行內孔的銑削，而對于尺寸較大且精度及幾何公差要求較高的大直徑內孔，經常會出現因機床傳動擬合誤差過大而造成圓度超差的現象，因此如何降低內孔銑削的圓度誤差顯得尤為重要。

2.       問題及原因分析

使用龍門鏜銑床加工風力發電機組輪轂（見圖1）的主軸孔φ1520H7+0.125 0mm尺寸時，先以大直徑立銑刀進行粗加工銑削整圓，再用整體硬質合金立銑刀進行半精銑削加工。工步內檢測，發現X和Y方向直徑超差，具體表現為Y軸方向直徑尺寸比X軸方向直徑尺寸超出0.18mm，已超出要求公差。由于精加工余量最少處僅剩0.20mm，因此為了防止精加工完成后零件尺寸超差，需要重新設計加工方案以保證產品質量。

任何機床都不可避免地存在制造和裝配誤差，數控機床也不例外。經過長時間的使用，機床機械傳動裝置出現磨損等原因都會導致傳動誤差增大。結合加工要素，經過分析得出：引起圓度尺寸超差的主要原因是加工的內孔直徑為1520mm，尺寸較大，機床機械傳動誤差已超出公差要求。

a）  模型

a）  圖樣

圖1 輪轂

3. 方案提出及程序優化

由于銑削內孔圓度誤差主要體現在X和Y方向上，為了消除2個方向上的圓度誤差，采用微分思想，將整圓分為若干圓弧進行銑削，分段進行修正，降低圓度誤差，具體措施如下。

1）給相同加工段或對角圓弧加工的刀具在運動過程中選擇相同的刀具補償號，在不同的加工段或對角圓弧變化的刀具選擇不同刀具半徑補償號，在補償編輯器里輸入所需要的刀具半徑補償數值。

2）分析并掌握機床各軸誤差規律，對坐標系進行旋轉，減小單個軸對整個方向上超差的影響，使所有圓弧按照軌跡加工完成后擬合的整圓直徑尺寸符合工藝要求。整圓加工軌跡如圖2所示。

圖2　整圓加工軌跡

圖3　圖形分析

整合數控程序進行方案分解研究，圖形分析如圖3所示。改善X、Y軸方向上的直徑誤差，并采用順時針圓弧切入和圓弧切出的方式，加工時把坐標系根據實際繞垂直軸在平面內進行旋轉。

O點作為工件圓心初始位置，大圓半徑OD₁＝OD₂＝R₂，小圓半徑A₁B₁＝A₁D₁＝A₂B₂＝A₂D₂＝R₃，OA₁＝OA₂＝R₂－R₃。

O點的坐標設定為（0，0），則B1點坐標X_B1＝OA1＝R₂－R₃、Y_B1＝A₁B₁＝R₃，即B₁點坐標為（R₂－R₃，R₃）；D₁點坐標X_D1＝OD₁＝R₂、Y_D1＝0，即D₁點坐標為（R₂，0）；D2點坐標X_D2＝0、Y_D2＝－OD₂＝－R₂，即D₂點坐標為（0，－R₂）；B2點坐標X_B2＝－A₂B₂＝－R₃、Y_B2＝－OA₂＝－（R₂－R₃），即B₂點坐標為（－R₃，R₃－R₂）。

銑削圓弧數控程序如下。

%_N_L500_SPF; 子程序

;$PATH=/_N_SPF_DIR

G00 G90 X0 Y0; O點起始坐標點

G42 X= R2-R3 Y=R3; 刀具加補償運行到B1點

G02 X=R2 Y0 CR=R3; 順時針圓弧切入D1點

X0 Y=-R2 CR=R2; 順時針運動銑削到D2點

X=-R3 Y=R3-R2 CR=R3; 順時針圓弧切出B2點

G00 G90 G40 X0 Y0; 取消刀補返回到O點

M17

以上可作為子程序調用進行旋轉加工，提高結合處的加工質量。進行仿真模擬優化后的結果如圖4、圖5所示。

圖4　粗銑仿真

圖5　精銑仿真

SIEMENS數控系統中，粗銑程序如下。

%_N_LG_GX30_MPF

;$PATH=/_N_MPF_DIR

MSG(“CU XI Ф1520H70+0.125 ZHI KOU D1519.2”)

T1D1

G00 G54 G17 G90 Z100.

X0 Y0

M03 S800 F450 M08

;圓弧切入切出銑整圓

R01=1519.2; 大圓的直徑

R02=200; 切入切出圓弧半徑，取值要比刀具半徑大，比大圓半徑小

G90G0Z-65

L100; 調用子程序

G90G0Z100.

M05

M30

L100子程序如下。

%_N_L100_SPF; 子程序

;$PATH=/_N_SPF_DIR

R51=R1/2 R52=R51-R2

G91 G0 G64 G41 X=-R52 Y=R2; G41直線加入刀具補償

G03 X=-R2 Y=-R2 CR=R2; 圓弧切入

X0 Y0 I=R51 J0; 銑整圓

X=R2 Y=-R2 CR=R2; 圓弧切出

G0 G40 X=R52 Y=R2; 直線取消刀具補償

G90 G60

M17

精銑程序如下。

MSG(“JING XI Ф1520H70+0.125 ZHI KOU”)

G00 G54 G17 G90 Z100.

X0 Y0

M03 S600 F150 M08

R1=-65; 內孔圓止口深度

R2=760; 內孔圓半徑

R3=240; 圓弧切入半徑（根據實際選擇切入圓弧半徑大小，要保證安全范圍，即大于刀具半徑，小于內孔圓半徑）

AROT RPL=45; 繞垂直軸在平面內旋轉45°（0°～360°）

G90 G00 Z=R1

T1D1; 1號刀位1號刀具補償

L500; 調用子程序

AROT RPL=180; 可附加編程零位旋轉，即在前一個坐標系基礎上進行旋轉180°

T1D1; 1號刀位1號刀具補償

L500; 調用子程序

AROT RPL=90; 可附加編程零位旋轉，即在前一個坐標系基礎上進行旋轉90°

T1D2; 1號刀位2號刀具補償

L500; 調用子程序

AROT RPL=180; 可附加編程零位旋轉，即在前一個坐標系基礎上進行旋轉90°

T1D2; 1號刀位2號刀具補償

L500; 調用子程序

G90G0Z100.

M05

M30

4. 加工結果說明

經過不斷優化加工數控程序， 輪轂主軸孔φ1520H7+0.125 0mm加工完成，經過測量，該輪轂內孔止口X、Y方向直徑公差為0.10mm，未超出公差要求0.125mm，零件加工合格。

5. 結束語

本文以某3.0MW風力發電機組輪轂主軸孔φ1520H7+0.125 0mm內孔止口銑削加工為例，介紹了一種降低銑削大直徑內孔圓度誤差的一種新思路、新方法。并基于R參數程序、雙刀補，對內孔止口采用多段式銑削方式，進行修正，降低圓度誤差，從而保證產品加工質量。同時對解決類似的銑削內、外圓誤差問題有很好的借鑒意義。