1 引言

機械零件由于功能的多樣性而構成復雜的結構特征，這些零件的結構往往不能由單一的設備來完成加工，而需要南車、銑等工序配合實現(xiàn)，對于異型結構更需要配置專用工裝夾具、數(shù)控轉(zhuǎn)臺等附件形成多軸加工設備，并正快速普及到民用工業(yè)中，為復雜結構機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)控銑床設備完成，去除大余量，半精加工、精加上依照不同的結構特點選取相匹配的設備完成，而定位要求高、型面復雜等結構則在多軸的數(shù)控機床上完成。

2 螺柱零件的技術要求及工藝分析

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

　　從圖1所示的螺柱零件結構特征分析，螺柱零件在所屬部件中與多個其它零件連接，并產(chǎn)生相對運動，其配合結構多，結構形狀精度和結構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)半圓凸臺與底座配合，半圓凸臺的造型輪廓在裝配環(huán)境中投影到底座上造型，以保證半圓凸臺特征與底座半圓凹槽的形狀吻合程度，否則將會因為形狀錯位而難以配合，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)接及運動的準確性，分別加工將因多次裝夾而產(chǎn)生累積的位置誤差，導致后邊裝配困難，因此采用四軸的定向加工，一次裝夾完成加工，保證其相對的位置精度而實現(xiàn)裝配要求。(4)半圓凸臺及其上的鎖緊螺孔、定位銷通孔與外圓周向的結構也有較高的位置精度要求，需要最后通過平口鉗夾緊對稱平面這一工藝結構進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。螺柱零件的結構較多，工藝過程依照裝夾次數(shù)最少原則編排結構特征的加工順序，而每一結構特征分粗、精加工兩工步進行。粗加工用大刀具快速地加工出工件大致形狀，保留適當余量，精加工根據(jù)具體結構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)結構（外圓柱面、階梯內(nèi)孔），然后在配置數(shù)控轉(zhuǎn)臺（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行。

　　第一工步卡盤夾緊半圓凸臺端，夾持長度約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，打表找正保證其同軸度，車削端面及凸臺外圓面，外圓面暫不車削到尺寸要求，留余量給銑削工序，由于此處半圓凸臺與底座的半圓凹槽配合，形狀精度統(tǒng)一由白動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構上與側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)臺夾持半圓凸臺端，銑刀銑削鍵槽時沒有足夠走刀空間，將導致刀具碰撞數(shù)控轉(zhuǎn)臺；(2)優(yōu)先加工的目的是后續(xù)4軸數(shù)控轉(zhuǎn)臺夾持半圓凸臺端時，鍵槽作為加工的對刀基準。

　　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 凸輪槽及對稱平面的銑削加工

　　周向凸輪槽為空間的螺旋結構，在結構上與側向螺堵零件配合作周向滑動，并帶動其它零件的運動。在加工技術要求上，凸輪槽的側面相對底面要求較高的表面光潔度。對稱平面為工藝結構，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、半圓凸臺及螺孔的相對位置精度。

　　工步使用數(shù)控轉(zhuǎn)臺（A軸）卡盤夾持半圓凸臺端，以周向鍵槽為對刀基準，使用4軸加工技術來有效保證凸輪槽等結構特征的加工效果。凸輪槽借助4軸聯(lián)動加工策略，采用CimatronE的5軸側向銑刀路，后置處理為4軸加工程序，使用φ4的平底銑刀，層深0.2mm，進刀點選取槽中部，精加工使用圓弧進退刀方式，避免進退刀痕，保證側壁的光潔度，分粗、精加工完成，對稱平面借助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、螺孔及定位銷孔的銑削加工

　　半圓凸臺在結構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，確保設計輪廓和裝配結構的一致性。兩螺孔與底座對應孔通過螺釘鎖緊，定位銷孔則在部件圓周轉(zhuǎn)動到位時定位。

　　工步使用平口鉗夾緊對稱平面，打表調(diào)正螺柱零件。半圓凸臺使用CimatronE的2.5軸環(huán)切銑削刀路進行粗加工，側壁留0.2mm余量，然后使用2.5軸封閉輪廓銑刀路完成精加工。凸臺上兩個M80.75的螺孔首先使用6.7的鉆頭預鉆，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鉆頭預鉆，再使用8鉸刀精加工。

4 結語

　　針對復雜機械零件的不同結構特征，合理編排綜合的數(shù)控車削和數(shù)控銑削加工工藝，同時使用4軸聯(lián)動加工及其定位加工策略，相對單一設備或傳統(tǒng)加工不僅能實現(xiàn)多結構和復雜形狀零件的加工，而且能達到較高的加工尺寸精度和形位精度，滿足機械零件的使用性能要求。