魏樹明

摘 要：多尺度、高強(qiáng)度、異形和復(fù)雜的金屬結(jié)構(gòu)件加工也提出了很高的要求。因此，車銑復(fù)合加工工藝對微小型結(jié)構(gòu)件加工具有重要作用。本文通過分析微小型結(jié)構(gòu)件的加工工藝特征，制定了小型車銑復(fù)合加工刀具及電主軸配置方案，并以某鐘表結(jié)構(gòu)中的微小型結(jié)構(gòu)件為例，分析了該微小型構(gòu)件的加工技術(shù)工藝。

關(guān)鍵詞：車銑復(fù)合 微小型結(jié)構(gòu)件 切削加工 工藝路線

中圖分類號：TG7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-9082（2018）04-0-01

隨著工業(yè)加工制造技術(shù)快速發(fā)展，微小型結(jié)構(gòu)件已廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、鐘表和飛行器等方面。此類零件多為加工精度高、尺寸較小、性能強(qiáng)度較高的金屬等非硅材料。且此類微小型結(jié)構(gòu)件多為形狀復(fù)雜的三維幾何結(jié)構(gòu)，其長徑比與深寬比較大。而車銑復(fù)合加工技術(shù)作為一種融合了CAD/CAM技術(shù)、數(shù)控加工工藝、微小型精密檢測技術(shù)及微小型刀具設(shè)計(jì)技術(shù)的復(fù)合加工工藝，其具有功能復(fù)雜、結(jié)構(gòu)三維化、材料多樣化和批量柔性化等技術(shù)優(yōu)勢[1]。

一、車銑復(fù)合加工下的微小型結(jié)構(gòu)件工藝特征

微小型結(jié)構(gòu)件一般是微彈簧、微小型板及微小型齒輪、微細(xì)軸等微小型產(chǎn)品的本體或座體類零件。其作為此類微小型機(jī)械系統(tǒng)的重要裝配和結(jié)構(gòu)承載件，一般均具有較大的荷載承受能力和較強(qiáng)的硬度、強(qiáng)度，且具有耐腐蝕及耐磨和耐高溫等性能優(yōu)勢，能夠在極其惡劣、復(fù)雜工況下工作。

由于此類微小型結(jié)構(gòu)件加工困難，技術(shù)精度和質(zhì)量要求較高。因此，其它常規(guī)零部件不具有較大的長徑比及深寬比等。在復(fù)合加工過程中，為了確保一次加工成形，且滿足加工精度要求，通常需采用精密的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工?？傮w而言，車銑復(fù)合加工下的微小型結(jié)構(gòu)件工藝具有加工尺度小、精度高、加工能力強(qiáng)及柔性好等技術(shù)優(yōu)勢?；谝陨霞夹g(shù)優(yōu)勢，可實(shí)現(xiàn)對微小型結(jié)構(gòu)件進(jìn)行多軸復(fù)合聯(lián)動加工[2]。

二、車銑復(fù)合加工下的微小型結(jié)構(gòu)件工藝路線

如下圖1所示為車銑復(fù)合加工下的微小型結(jié)構(gòu)件加工中心。該車銑復(fù)合加工中心集成了車削和銑削的加工功能，配備12工位轉(zhuǎn)塔式刀架，在復(fù)合加工時(shí)，車銑主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)10000r/min，不僅具備C軸精確分度功能，且能夠精確定位主軸鎖定技術(shù)裝置，甚至還可用于對一般微小型零件的車削要求。

車削中心是以車床為基本體，增加動力銑、鉆、鏜，以及副主軸的功能，使零件需要二次，三次加工的工序在車削中心上一次完成。復(fù)雜的軸類復(fù)合零件可以由一臺機(jī)床完成所有加工步驟，大大降低上下料、換機(jī)臺加工的時(shí)間，以及減少人為公差的機(jī)會，零件的形位精度大大提高，達(dá)到一次裝夾完成加工的概念，如圖2所示。

另外，車削主軸的C軸分度功能，可對微小型結(jié)構(gòu)件進(jìn)行磨削、鉆削、車削等正交、軸向車銑復(fù)合加工等。加工時(shí)，基于數(shù)控操作系統(tǒng)FANUC，可為微小型結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工控制提供精確定位。

此外，以上車銑復(fù)合加工下的微小型結(jié)構(gòu)件工藝四軸可控，兩軸聯(lián)動，具備較強(qiáng)的圓柱插補(bǔ)功能與極坐標(biāo)插補(bǔ)功能。

1.案例分析

結(jié)合以上技術(shù)工藝路線，本文以某三維特征明顯、外形復(fù)雜的鐘表機(jī)構(gòu)中的微小型結(jié)構(gòu)件為例進(jìn)行車銑復(fù)合加工分析。

如圖所示，該微小型結(jié)構(gòu)件有多個(gè)臺階用以裝配其它不同微小型零部件。臺階面中有多個(gè)不同直徑的小孔，孔與孔之間均有嚴(yán)格的位置精度要求。為了使該微小型結(jié)構(gòu)件能夠與其它零件實(shí)現(xiàn)聯(lián)接，要在微型零件中加工微槽，以滿足相關(guān)零件聯(lián)結(jié)工藝特征要求。所以，在車銑復(fù)合加工過程中，要盡量減少刀具使用種類與裝夾次數(shù)。為了防止機(jī)床驅(qū)動區(qū)域形成累積加工誤差，要對刀具加工路徑進(jìn)行合理優(yōu)化，以保證該微小型結(jié)構(gòu)加工精度[3]。詳細(xì)加工工藝流程如下：

按照上述工藝車銑復(fù)合加工出的某微小型結(jié)構(gòu)件用體式顯微鏡觀察后，如下圖4所示：

通過上述加工工藝可知，車銑復(fù)合加工下的微小型結(jié)構(gòu)件工藝集“鉆”、“銑”、“車”、“車銑”等復(fù)合功能為一體。在車銑復(fù)合加工中心一次裝夾，可通過多道微小型結(jié)構(gòu)件復(fù)合加工工藝進(jìn)行一次完整加工，不僅節(jié)省了大量換刀、對刀和定位找正及零件裝夾時(shí)間，還可基于不同工藝特征及微小型結(jié)構(gòu)件車銑復(fù)合加工工藝，快速優(yōu)化、調(diào)整加工工藝路線及配置加工刀具，從而實(shí)現(xiàn)了少批量、多品種柔性加工。

結(jié)束語

綜上所言，車銑復(fù)合加工是一種集“車”、“鉆”、“銑”、“磨”、“車銑復(fù)合”為一體的數(shù)控機(jī)床加工工藝。其能夠?qū)ξ⑿⌒徒Y(jié)構(gòu)件進(jìn)行一次夾裝和加工成形。本文以某微小型結(jié)構(gòu)件為例進(jìn)行車銑復(fù)合加工工藝優(yōu)化，結(jié)果表明，基于車銑復(fù)合加工下的微小型結(jié)構(gòu)件工藝是一種高效的加工方法，不僅能夠在極其惡劣、復(fù)雜的工況下工作，而且充分融合了CAD/CAM技術(shù)、數(shù)控加工工藝、微小型精密檢測技術(shù)及微小型刀具設(shè)計(jì)等復(fù)合加工工藝，從而滿足了微小型結(jié)構(gòu)件相關(guān)加工精度與質(zhì)量控制要求。

參考文獻(xiàn)

[1]石文天，劉玉德，方澤平等.基于車銑復(fù)合加工的微小型結(jié)構(gòu)件工藝研究[J].制造業(yè)自動化，2011，33（8）：39-41.

[2]李忠新，張之敬，金鑫等.局部可重配置微小型車銑復(fù)合加工機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2015，（8）：43-47.

[3]劉冰冰，張之敬，金鑫等.微小型無偏正交車銑加工系統(tǒng)穩(wěn)定性研究[J].工具技術(shù)，2013，47（3）：11-14.