車銑復合加工下的微小型結構件工藝

魏樹明

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

關鍵詞：車銑復合 微小型結構件 切削加工 工藝路線

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

隨著工業加工制造技術快速發展，微小型結構件已廣泛應用于機器人、鐘表和飛行器等方面。此類零件多為加工精度高、尺寸較小、性能強度較高的金屬等非硅材料。且此類微小型結構件多為形狀復雜的三維幾何結構，其長徑比與深寬比較大。而車銑復合加工技術作為一種融合了CAD/CAM技術、數控加工工藝、微小型精密檢測技術及微小型刀具設計技術的復合加工工藝，其具有功能復雜、結構三維化、材料多樣化和批量柔性化等技術優勢[1]。

一、車銑復合加工下的微小型結構件工藝特征

微小型結構件一般是微彈簧、微小型板及微小型齒輪、微細軸等微小型產品的本體或座體類零件。其作為此類微小型機械系統的重要裝配和結構承載件，一般均具有較大的荷載承受能力和較強的硬度、強度，且具有耐腐蝕及耐磨和耐高溫等性能優勢，能夠在極其惡劣、復雜工況下工作。

由于此類微小型結構件加工困難，技術精度和質量要求較高。因此，其它常規零部件不具有較大的長徑比及深寬比等。在復合加工過程中，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控機床進行加工。總體而言，車銑復合加工下的微小型結構件工藝具有加工尺度小、精度高、加工能力強及柔性好等技術優勢。基于以上技術優勢，可實現對微小型結構件進行多軸復合聯動加工[2]。

二、車銑復合加工下的微小型結構件工藝路線

如下圖1所示為車銑復合加工下的微小型結構件加工中心。該車銑復合加工中心集成了車削和銑削的加工功能，配備12工位轉塔式刀架，在復合加工時，車銑主軸轉速可達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。復雜的軸類復合零件可以由一臺機床完成所有加工步驟，大大降低上下料、換機臺加工的時間，以及減少人為公差的機會，零件的形位精度大大提高，達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，可對微小型結構件進行磨削、鉆削、車削等正交、軸向車銑復合加工等。加工時，基于數控操作系統FANUC，可為微小型結構件數控加工控制提供精確定位。

此外，以上車銑復合加工下的微小型結構件工藝四軸可控，兩軸聯動，具備較強的圓柱插補功能與極坐標插補功能。

1.案例分析

結合以上技術工藝路線，本文以某三維特征明顯、外形復雜的鐘表機構中的微小型結構件為例進行車銑復合加工分析。

如圖所示，該微小型結構件有多個臺階用以裝配其它不同微小型零部件。臺階面中有多個不同直徑的小孔，孔與孔之間均有嚴格的位置精度要求。為了使該微小型結構件能夠與其它零件實現聯接，要在微型零件中加工微槽，以滿足相關零件聯結工藝特征要求。所以，在車銑復合加工過程中，要盡量減少刀具使用種類與裝夾次數。為了防止機床驅動區域形成累積加工誤差，要對刀具加工路徑進行合理優化，以保證該微小型結構加工精度[3]。詳細加工工藝流程如下：

按照上述工藝車銑復合加工出的某微小型結構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，車銑復合加工下的微小型結構件工藝集“鉆”、“銑”、“車”、“車銑”等復合功能為一體。在車銑復合加工中心一次裝夾，可通過多道微小型結構件復合加工工藝進行一次完整加工，不僅節省了大量換刀、對刀和定位找正及零件裝夾時間，還可基于不同工藝特征及微小型結構件車銑復合加工工藝，快速優化、調整加工工藝路線及配置加工刀具，從而實現了少批量、多品種柔性加工。

結束語

綜上所言，車銑復合加工是一種集“車”、“鉆”、“銑”、“磨”、“車銑復合”為一體的數控機床加工工藝。其能夠對微小型結構件進行一次夾裝和加工成形。本文以某微小型結構件為例進行車銑復合加工工藝優化，結果表明，基于車銑復合加工下的微小型結構件工藝是一種高效的加工方法，不僅能夠在極其惡劣、復雜的工況下工作，而且充分融合了CAD/CAM技術、數控加工工藝、微小型精密檢測技術及微小型刀具設計等復合加工工藝，從而滿足了微小型結構件相關加工精度與質量控制要求。

參考文獻

[1]石文天，劉玉德，方澤平等.基于車銑復合加工的微小型結構件工藝研究[J].制造業自動化，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合加工機床結構設計[J].制造技術與機床，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穩定性研究[J].工具技術，2013，47（3）：11-14.