1 引言

機(jī)械零件由于功能的多樣性而構(gòu)成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特征，這些零件的結(jié)構(gòu)往往不能由單一的設(shè)備來完成加工，而需要南車、銑等工序配合實(shí)現(xiàn)，對(duì)于異型結(jié)構(gòu)更需要配置專用工裝夾具、數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)等附件形成多軸加工設(shè)備，并正快速普及到民用工業(yè)中，為復(fù)雜結(jié)構(gòu)機(jī)械零件的加工制造提供了有效的解決方案。數(shù)控加工工藝編排的一般規(guī)律是：粗加工工序利用常規(guī)的數(shù)控車床、數(shù)控銑床設(shè)備完成，去除大余量，半精加工、精加上依照不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選取相匹配的設(shè)備完成，而定位要求高、型面復(fù)雜等結(jié)構(gòu)則在多軸的數(shù)控機(jī)床上完成。

2 螺柱零件的技術(shù)要求及工藝分析

　　圖1所示的螺柱零件作為所屬部件的傳動(dòng)及連接核心，具有多結(jié)構(gòu)特征、高形位精度等技術(shù)要求。以下分析其結(jié)構(gòu)特征及編制相應(yīng)數(shù)控車銑加工工藝，結(jié)合CimatronE的四軸加工策略完成數(shù)控編程和零件加工。

　　從圖1所示的螺柱零件結(jié)構(gòu)特征分析，螺柱零件在所屬部件中與多個(gè)其它零件連接，并產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其配合結(jié)構(gòu)多，結(jié)構(gòu)形狀精度和結(jié)構(gòu)間的位置精度要求高。(1)直徑65的外圓柱面與旋蓋配合，零件中心的階梯通孔與芯軸、鎖緊環(huán)配合，外圓柱面和階梯通孔均要求很高的圓度、同軸度和表面光潔度，適合選用數(shù)控車削加工方式；(2)半圓凸臺(tái)與底座配合，半圓凸臺(tái)的造型輪廓在裝配環(huán)境中投影到底座上造型，以保證半圓凸臺(tái)特征與底座半圓凹槽的形狀吻合程度，否則將會(huì)因?yàn)樾螤铄e(cuò)位而難以配合，適合采用配做的數(shù)控銑削加工方式；(3)圓柱凸輪槽、鍵槽及錟緊螺孔、對(duì)稱平面在圓周方向要求較高的90定位，以保證零件聯(lián)接及運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性，分別加工將因多次裝夾而產(chǎn)生累積的位置誤差，導(dǎo)致后邊裝配困難，因此采用四軸的定向加工，一次裝夾完成加工，保證其相對(duì)的位置精度而實(shí)現(xiàn)裝配要求。(4)半圓凸臺(tái)及其上的鎖緊螺孔、定位銷通孔與外圓周向的結(jié)構(gòu)也有較高的位置精度要求，需要最后通過平口鉗夾緊對(duì)稱平面這一工藝結(jié)構(gòu)進(jìn)行銑削加工和孔加工。

　　螺柱零件材料為45鋼，數(shù)量不多，為小批量生產(chǎn)，毛坯采用實(shí)心圓棒料，規(guī)格為：直徑φ70mm，高度45mm。數(shù)車加工采用硬質(zhì)合金的機(jī)夾式刀具，數(shù)銑加工采用硬質(zhì)合金的整體式刀具。螺柱零件的結(jié)構(gòu)較多，工藝過程依照裝夾次數(shù)最少原則編排結(jié)構(gòu)特征的加工順序，而每一結(jié)構(gòu)特征分粗、精加工兩工步進(jìn)行。粗加工用大刀具快速地加工出工件大致形狀，保留適當(dāng)余量，精加工根據(jù)具體結(jié)構(gòu)特征采用不同的刀具及工藝分區(qū)域加工，保證加工效果和加工精度。

3 螺柱零件的加工過程

　　車削加工相對(duì)銑削加工能有效保證回轉(zhuǎn)體的圓度精度、軸階梯的同軸度、加工面的表面粗糙度，因此工藝過程首先編排在數(shù)控車床上加工螺柱零件的回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)（外圓柱面、階梯內(nèi)孔），然后在配置數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)（A軸）的VMCL850加工中心上經(jīng)過3次裝夾，完成螺柱零件的全部加工。

　　3.1 數(shù)控車削加工

　　數(shù)控車床工位上分兩工步進(jìn)行。

　　第一工步卡盤夾緊半圓凸臺(tái)端，夾持長(zhǎng)度約10mm，車削φ65端外圓柱面及端面、倒角；先鉆后鏜加工此端的階梯孔（與芯軸配合）。

　　第二工步卡盤夾緊西65端，裝夾面輔以紫銅皮保護(hù)，打表找正保證其同軸度，車削端面及凸臺(tái)外圓面，外圓面暫不車削到尺寸要求，留余量給銑削工序，由于此處半圓凸臺(tái)與底座的半圓凹槽配合，形狀精度統(tǒng)一由白動(dòng)編程的軟件輪廓保證；先鉆后鏜加工此端階梯孔（與鎖緊環(huán)配合）。

　　3.2 鍵槽及其螺孔的銑削加工

　　周向鍵槽及螺孔在結(jié)構(gòu)上與側(cè)向鍵配合作周向定位，在加工工藝編排上，優(yōu)先加工的原因主要是考慮兩方面因素：(1)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)夾持半圓凸臺(tái)端，銑刀銑削鍵槽時(shí)沒有足夠走刀空間，將導(dǎo)致刀具碰撞數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)；(2)優(yōu)先加工的目的是后續(xù)4軸數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)夾持半圓凸臺(tái)端時(shí)，鍵槽作為加工的對(duì)刀基準(zhǔn)。

　　工步在加工中心上使用平口鉗夾緊螺柱零件的兩端面，輔以紫銅片保護(hù)裝夾面。鍵槽寬度尺寸為12+0.040，故可以使用12的平底銑刀直接加工到位，刀路軌跡使用CimatronE中2.5軸加工策略中的開放輪廓銑，M80.75的鍵槽螺孔首先使用6.7的鉆頭預(yù)鉆，再使用M80.75的絲錐，利用加工中心的剛性攻絲功能完成螺孔加工。

　　3.3 凸輪槽及對(duì)稱平面的銑削加工

　　周向凸輪槽為空間的螺旋結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)上與側(cè)向螺堵零件配合作周向滑動(dòng)，并帶動(dòng)其它零件的運(yùn)動(dòng)。在加工技術(shù)要求上，凸輪槽的側(cè)面相對(duì)底面要求較高的表面光潔度。對(duì)稱平面為工藝結(jié)構(gòu)，作為后續(xù)加工的平口鉗裝夾位置，要求較高的定位精度，從而保證鍵槽、凸輪槽、半圓凸臺(tái)及螺孔的相對(duì)位置精度。

　　工步使用數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)（A軸）卡盤夾持半圓凸臺(tái)端，以周向鍵槽為對(duì)刀基準(zhǔn)，使用4軸加工技術(shù)來有效保證凸輪槽等結(jié)構(gòu)特征的加工效果。凸輪槽借助4軸聯(lián)動(dòng)加工策略，采用CimatronE的5軸側(cè)向銑刀路，后置處理為4軸加工程序，使用φ4的平底銑刀，層深0.2mm，進(jìn)刀點(diǎn)選取槽中部，精加工使用圓弧進(jìn)退刀方式，避免進(jìn)退刀痕，保證側(cè)壁的光潔度，分粗、精加工完成，對(duì)稱平面借助4軸定向加工策略，采用CimatronE的2.5軸開放輪廓銑刀路完成加工。

　　3.4 半圓凸臺(tái)、螺孔及定位銷孔的銑削加工

　　半圓凸臺(tái)在結(jié)構(gòu)上與底座的半圓凹槽相配合，在CimatronE中使用相同的輪廓邊造型及其數(shù)控程序編制，確保設(shè)計(jì)輪廓和裝配結(jié)構(gòu)的一致性。兩螺孔與底座對(duì)應(yīng)孔通過螺釘鎖緊，定位銷孔則在部件圓周轉(zhuǎn)動(dòng)到位時(shí)定位。

　　工步使用平口鉗夾緊對(duì)稱平面，打表調(diào)正螺柱零件。半圓凸臺(tái)使用CimatronE的2.5軸環(huán)切銑削刀路進(jìn)行粗加工，側(cè)壁留0.2mm余量，然后使用2.5軸封閉輪廓銑刀路完成精加工。凸臺(tái)上兩個(gè)M80.75的螺孔首先使用6.7的鉆頭預(yù)鉆，再使用M80.75的絲錐利用加工中心的剛性攻絲功能完成螺孔加工。8的定位銷孔首先使用7.8鉆頭預(yù)鉆，再使用8鉸刀精加工。

4 結(jié)語

　　針對(duì)復(fù)雜機(jī)械零件的不同結(jié)構(gòu)特征，合理編排綜合的數(shù)控車削和數(shù)控銑削加工工藝，同時(shí)使用4軸聯(lián)動(dòng)加工及其定位加工策略，相對(duì)單一設(shè)備或傳統(tǒng)加工不僅能實(shí)現(xiàn)多結(jié)構(gòu)和復(fù)雜形狀零件的加工，而且能達(dá)到較高的加工尺寸精度和形位精度，滿足機(jī)械零件的使用性能要求。