车铣复合加工下的微小型结构件工艺

魏树明

摘 要：多尺度、高强度、异形和复杂的金属结构件加工也提出了很高的要求。因此，车铣复合加工工艺对微小型结构件加工具有重要作用。本文通过分析微小型结构件的加工工艺特征，制定了小型车铣复合加工刀具及电主轴配置方案，并以某钟表结构中的微小型结构件为例，分析了该微小型构件的加工技术工艺。

关键词：车铣复合 微小型结构件 切削加工 工艺路线

中图分类号：TG7 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2018）04-0-01

随着工业加工制造技术快速发展，微小型结构件已广泛应用于机器人、钟表和飞行器等方面。此类零件多为加工精度高、尺寸较小、性能强度较高的金属等非硅材料。且此类微小型结构件多为形状复杂的三维几何结构，其长径比与深宽比较大。而车铣复合加工技术作为一种融合了CAD/CAM技术、数控加工工艺、微小型精密检测技术及微小型刀具设计技术的复合加工工艺，其具有功能复杂、结构三维化、材料多样化和批量柔性化等技术优势[1]。

一、车铣复合加工下的微小型结构件工艺特征

微小型结构件一般是微弹簧、微小型板及微小型齿轮、微细轴等微小型产品的本体或座体类零件。其作为此类微小型机械系统的重要装配和结构承载件，一般均具有较大的荷载承受能力和较强的硬度、强度，且具有耐腐蚀及耐磨和耐高温等性能优势，能够在极其恶劣、复杂工况下工作。

由于此类微小型结构件加工困难，技术精度和质量要求较高。因此，其它常规零部件不具有较大的长径比及深宽比等。在复合加工过程中，为了确保一次加工成形，且满足加工精度要求，通常需采用精密的数控机床进行加工。总体而言，车铣复合加工下的微小型结构件工艺具有加工尺度小、精度高、加工能力强及柔性好等技术优势。基于以上技术优势，可实现对微小型结构件进行多轴复合联动加工[2]。

二、车铣复合加工下的微小型结构件工艺路线

如下图1所示为车铣复合加工下的微小型结构件加工中心。该车铣复合加工中心集成了车削和铣削的加工功能，配备12工位转塔式刀架，在复合加工时，车铣主轴转速可达10000r/min，不仅具备C轴精确分度功能，且能够精确定位主轴锁定技术装置，甚至还可用于对一般微小型零件的车削要求。

车削中心是以车床为基本体，增加动力铣、钻、镗，以及副主轴的功能，使零件需要二次，三次加工的工序在车削中心上一次完成。复杂的轴类复合零件可以由一台机床完成所有加工步骤，大大降低上下料、换机台加工的时间，以及减少人为公差的机会，零件的形位精度大大提高，达到一次装夹完成加工的概念，如图2所示。

另外，车削主轴的C轴分度功能，可对微小型结构件进行磨削、钻削、车削等正交、轴向车铣复合加工等。加工时，基于数控操作系统FANUC，可为微小型结构件数控加工控制提供精确定位。

此外，以上车铣复合加工下的微小型结构件工艺四轴可控，两轴联动，具备较强的圆柱插补功能与极坐标插补功能。

1.案例分析

结合以上技术工艺路线，本文以某三维特征明显、外形复杂的钟表机构中的微小型结构件为例进行车铣复合加工分析。

如图所示，该微小型结构件有多个台阶用以装配其它不同微小型零部件。台阶面中有多个不同直径的小孔，孔与孔之间均有严格的位置精度要求。为了使该微小型结构件能够与其它零件实现联接，要在微型零件中加工微槽，以满足相关零件联结工艺特征要求。所以，在车铣复合加工过程中，要尽量减少刀具使用种类与装夹次数。为了防止机床驱动区域形成累积加工误差，要对刀具加工路径进行合理优化，以保证该微小型结构加工精度[3]。详细加工工艺流程如下：

按照上述工艺车铣复合加工出的某微小型结构件用体式显微镜观察后，如下图4所示：

通过上述加工工艺可知，车铣复合加工下的微小型结构件工艺集“钻”、“铣”、“车”、“车铣”等复合功能为一体。在车铣复合加工中心一次装夹，可通过多道微小型结构件复合加工工艺进行一次完整加工，不仅节省了大量换刀、对刀和定位找正及零件装夹时间，还可基于不同工艺特征及微小型结构件车铣复合加工工艺，快速优化、调整加工工艺路线及配置加工刀具，从而实现了少批量、多品种柔性加工。

结束语

综上所言，车铣复合加工是一种集“车”、“钻”、“铣”、“磨”、“车铣复合”为一体的数控机床加工工艺。其能够对微小型结构件进行一次夹装和加工成形。本文以某微小型结构件为例进行车铣复合加工工艺优化，结果表明，基于车铣复合加工下的微小型结构件工艺是一种高效的加工方法，不仅能够在极其恶劣、复杂的工况下工作，而且充分融合了CAD/CAM技术、数控加工工艺、微小型精密检测技术及微小型刀具设计等复合加工工艺，从而满足了微小型结构件相关加工精度与质量控制要求。

参考文献

[1]石文天，刘玉德，方泽平等.基于车铣复合加工的微小型结构件工艺研究[J].制造业自动化，2011，33（8）：39-41.

[2]李忠新，张之敬，金鑫等.局部可重配置微小型车铣复合加工机床结构设计[J].制造技术与机床，2015，（8）：43-47.

[3]劉冰冰，张之敬，金鑫等.微小型无偏正交车铣加工系统稳定性研究[J].工具技术，2013，47（3）：11-14.