數(shù)控加工中心六軸零件加工方向研究

丘 香

（深圳市思翰銘科技有限公司，廣東深圳 518000）

數(shù)控制造高新技術(shù)是在傳統(tǒng)的加工技術(shù)基礎(chǔ)上融入了自行控制、電子計(jì)算機(jī)，以及通信發(fā)展而成的新產(chǎn)品。與傳統(tǒng)的機(jī)械制造工藝技術(shù)相比，擁有智能化程度高、機(jī)械加工制造效率高、產(chǎn)品質(zhì)量高等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)代機(jī)器數(shù)控加工技術(shù)本身也具備著高精度、高效率的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)代機(jī)器制造及其零部件機(jī)械加工與制造具有十分關(guān)鍵的意義，但由于現(xiàn)代社會(huì)對(duì)機(jī)器工業(yè)生產(chǎn)的新產(chǎn)品需求增加，對(duì)現(xiàn)代機(jī)器數(shù)控加工技術(shù)的要求也增加了，需要將現(xiàn)代機(jī)器數(shù)控加工技術(shù)朝著高度智能化方向發(fā)展。軸類零部件是各類機(jī)械中最重要和最基礎(chǔ)的典型零部件，一般用來(lái)支撐傳動(dòng)系統(tǒng)件并傳導(dǎo)力矩，除承載交變彎曲應(yīng)力外，還承受沖擊等負(fù)荷影響。所以，軸類零部件除需要具備更多的綜合力學(xué)性能之外，還需要具備更多的疲勞強(qiáng)度。

1 數(shù)控加工的工作原理

數(shù)控加工是先按照零件圖樣和工藝特點(diǎn)制定零件加工程序，然后再投入到機(jī)械設(shè)備中，由機(jī)械設(shè)備中的控制器對(duì)投入信息完成數(shù)據(jù)分析和計(jì)算。它連續(xù)地向直接指示機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制功能部分機(jī)床運(yùn)行的伺服機(jī)構(gòu)所發(fā)出信號(hào)，伺服控制系統(tǒng)把來(lái)自數(shù)控設(shè)備的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為機(jī)床移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)。接著再由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)使數(shù)控系統(tǒng)，而機(jī)床則按照既定的過(guò)程對(duì)機(jī)械零件實(shí)施機(jī)械加工。

2 工件的裝夾

2.1 定位基準(zhǔn)選擇的原則

（1）基準(zhǔn)重合原則。為減少基礎(chǔ)的不重復(fù)偏差，便于編程，一般應(yīng)選用工藝基礎(chǔ)作為定位基準(zhǔn)，并盡可能地使工藝基礎(chǔ)、定位基線、程序原點(diǎn)三者統(tǒng)一。

（2）便于裝夾的基本原則。所選用的位置基準(zhǔn)應(yīng)能保持位置精確、可靠，定位，夾緊的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)便、易于操縱，敞開(kāi)性好，并可以加工盡量多的表面。

（3）便于對(duì)刀的原則。批量機(jī)械加工時(shí)，在工件坐標(biāo)系已固定的狀況下，保持了對(duì)刀的可能性和便利。

2.2 定位零件的位置基準(zhǔn)

以前后端及端面為位置基準(zhǔn)。

2.3 數(shù)控車床上常見(jiàn)的裝夾具方式

（1）在三爪自定心卡盤上裝配夾具方式。該卡盤裝夾具的工件加工簡(jiǎn)單、省時(shí)間，且?jiàn)A緊力矩較小，適合于裝配夾具方式為形狀規(guī)整的中、小工件。

（2）在兩頂尖間裝配夾具方式。對(duì)規(guī)格較大或加工工序較多的軸類工件，為提高每種裝配夾具方式的裝夾具準(zhǔn)確度，使用兩頂尖裝配夾具方式。該裝夾具方式適合于多序機(jī)械加工以及精機(jī)械加工。

（3）用卡盤和頂尖間裝配夾具方式。在裝配車削質(zhì)量要求很大的工件時(shí)要一部分用卡盤夾緊，另一部分用后頂尖支承。該種方式相對(duì)安全，可承擔(dān)很大的切削用量，且裝配剛性好，比軸流式位置更精確，使用較普遍。

（4）用心軸裝夾方法。在裝夾的方式面為螺紋時(shí)，再做一個(gè)與其配套的螺絲扣進(jìn)行裝夾，叫心軸裝夾方法。這個(gè)方式相對(duì)安全，而且還能承擔(dān)很大的磨削力，裝配剛性較好，而且軸向位置比較精確。

3 傳統(tǒng)零件加工工藝分析

從以往采用的工藝操作狀況表明，主要是在整合了數(shù)控銑床和數(shù)控車床等先進(jìn)工藝技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的操作。盡管這些技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用上已經(jīng)做出了相當(dāng)突出的成就，但對(duì)于當(dāng)前科技創(chuàng)新的社會(huì)形勢(shì)來(lái)說(shuō)，卻沒(méi)有充分適應(yīng)零件的生產(chǎn)要求。以浪輪主體零部件為例，因?yàn)榫哂须p錐體面上孔特性，對(duì)制造精度的要求相當(dāng)高，而且還必須保持同軸度與圓度之間的公差相當(dāng)小，所以在實(shí)際制造中的操縱困難度相當(dāng)大。同時(shí)，在實(shí)際生產(chǎn)中，由于采用了傳統(tǒng)工藝方法實(shí)現(xiàn)機(jī)械操縱，要求同時(shí)制作多個(gè)裝夾，而且還必須同時(shí)對(duì)底座油口螺塞實(shí)現(xiàn)機(jī)械操縱。在這一背景下，由于多項(xiàng)誤差的干擾，在裝夾加工方式次數(shù)增多的同時(shí)，也很容易產(chǎn)生零部件外觀尺寸超過(guò)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)公差范圍的現(xiàn)象。因此，要想更科學(xué)地處理這種現(xiàn)象，就一定要加強(qiáng)對(duì)六軸加工工藝的研究，要注意總結(jié)以往數(shù)控車床與數(shù)控銑床工藝的優(yōu)點(diǎn)，并提出綜合工藝方式，使六軸加工工藝可以代替以往繁瑣復(fù)雜而偏差很大的加工工藝，從而使得零部件僅須進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單裝夾方式，便能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)工藝。

4 加工順序的安排

4.1 加工階段的劃分

（1）防止因毛坯內(nèi)應(yīng)力重新分配而影響所獲得的機(jī)械加工精度。

（2）防止粗機(jī)械加工時(shí)增大的夾緊力矩，和因磨削力變化而產(chǎn)生的彈力變化和熱變化對(duì)精加工質(zhì)量的危害。

（3）將粗精加工階段分離，能較準(zhǔn)確地找到毛坯尺寸的缺點(diǎn)，從而減少了不必要的質(zhì)量損失。

（4）更有助于合理利用機(jī)械，使高精密的機(jī)械能較長(zhǎng)時(shí)間地維持其精度。

（5）更適合在過(guò)程中進(jìn)行熱處理的要求。

4.2 加工順序的安排

下料→機(jī)械加工件計(jì)算結(jié)果輪廓→機(jī)械加工件結(jié)果值輪廓→打毛刺形成→清理→結(jié)果檢驗(yàn)。

4.3 工序基準(zhǔn)的選擇

（1）選擇設(shè)計(jì)基礎(chǔ)為工藝技術(shù)基礎(chǔ)時(shí)，對(duì)工藝技術(shù)尺度的檢測(cè)也相當(dāng)于對(duì)原設(shè)計(jì)尺度的檢測(cè)，可以降低檢測(cè)操作量。

（2）對(duì)于原本工藝技術(shù)中的定位精度是由裝夾確定而不需要再進(jìn)行試切調(diào)整的情形，可以要求將工藝技術(shù)基礎(chǔ)和原設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合。

（3）對(duì)一次裝配下的加工出來(lái)的不同表面，各工序面間的工序長(zhǎng)度應(yīng)選與設(shè)計(jì)長(zhǎng)度相同。

5 六軸零件定向加工技術(shù)分析

六軸工藝作為整車零部件加工與施工的關(guān)鍵過(guò)程，以浪輪主體零部件為基礎(chǔ)，剖析其六軸工藝夾具設(shè)計(jì)原理和使用內(nèi)容，以為整體零部件的批量生產(chǎn)提供基本保證。

如果直接把零部件裝夾到六軸分度頭上，那么每一次加工前，都需要尋邊找正，而零件并沒(méi)有找正基準(zhǔn)的功能；在實(shí)踐加工時(shí)，由于零部件表面特性與六軸分度頭是直接相連的，在加工大錐體表面特性時(shí)，如果沒(méi)有每一次安裝的夾具成型，就需要分析在刀柄避空、切刀干涉等工作方面是否出現(xiàn)了問(wèn)題；而浪輪的大柱體對(duì)于各特性形位公差精度的需求也特別高，在反復(fù)裝配夾具定位中，會(huì)增大數(shù)據(jù)誤差的數(shù)量。所以，在加工浪輪零部件之前，就一定要根據(jù)可能存在的問(wèn)題，制定合理的定位夾具。其中主要有如下原因：①對(duì)大圓錐特性的過(guò)渡，主要為了克服在工藝程序中刀具和四周分度頭之間相互制約的問(wèn)題；②小圓錐作為夾具和六軸分度頭安裝的共同特點(diǎn)；③在大圓錐中均勻分布的三個(gè)圓錐是定位銷，三通孔用于定位夾具。

5.1 刀具選擇

選用數(shù)控刀的基本原則與刀具切削壽命和磨削用量都有關(guān)系。在設(shè)定切削加工劑量時(shí)，應(yīng)當(dāng)選擇合適的切削刀具壽命，而合理的切削刀具壽命也應(yīng)當(dāng)按照優(yōu)化的工作目標(biāo)而定。在選用切削刀具壽命時(shí)可參考以下幾點(diǎn)，按照刀工的復(fù)雜程度、加工時(shí)間和磨刃效率來(lái)選擇。復(fù)雜、精密刀具的使用壽命應(yīng)高于單刃刀具。對(duì)于機(jī)夾的可轉(zhuǎn)位刀具，由于換刀時(shí)間很短，需要提高其加工特性和制造效率。因此，刀具的壽命延長(zhǎng)可以較低，通常為15～30 min。對(duì)于多刀機(jī)械、混合機(jī)械和具有裝刀、換刀、調(diào)整刀等復(fù)雜工藝的半自動(dòng)加工刀具，刀具壽命延長(zhǎng)也應(yīng)較高，因此應(yīng)提高刃具可靠性。當(dāng)一個(gè)工藝單元在某一段時(shí)間內(nèi)承受全廠較大的支出時(shí)，刀具壽命也應(yīng)較低。在大型零件精加工過(guò)程中，為了保證至少一次性走刀，避免在切削過(guò)程中更換刀具，刀具壽命應(yīng)根據(jù)零件的精度和表面粗糙度來(lái)判斷。與一般加工方式一樣，數(shù)字控制加工也對(duì)刀具質(zhì)量給出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，不但需求刀具精確，而且需求規(guī)格穩(wěn)定，耐磨度高，通過(guò)這樣來(lái)達(dá)到數(shù)控車床工作效率的需求。

5.2 夾具原理

包含了以下幾點(diǎn)具體內(nèi)容：①將小浪輪主體的上頂面部以及各個(gè)區(qū)段的精鏜孔作為位置基準(zhǔn)，將零件加工和裝夾工作根據(jù)"三銷一面"的方法實(shí)施加工操作，并根據(jù)螺釘鎖定的方法實(shí)施裝夾；②該夾在背面圓錐的帶動(dòng)下，能夠與六軸分度頭上的中心孔科學(xué)地協(xié)作，引用T 型塊和螺釘進(jìn)行定位與夾緊。

5.3 制作夾具

在制作裝夾的整個(gè)過(guò)程中，要保證與整體位置裝夾的同軸度和位置均具備精度，具體包括：①三位置在圓的旋轉(zhuǎn)臂上和安裝在圓錐旋轉(zhuǎn)臂時(shí)，所顯示出的同軸度差值不得超過(guò)0.02 mm；②在六軸定位基準(zhǔn)面與夾具高程基準(zhǔn)面間，垂直差不得超過(guò)0.02 mm；③三定位銷和浪輪基礎(chǔ)上的孔裝配公差精度，不得超過(guò)0.02 mm；④在制造工件夾具的流程中，對(duì)工件夾具大圓柱表層的特點(diǎn)并不要求機(jī)械加工，但這一特點(diǎn)卻需要在機(jī)械加工一個(gè)零部件的情形下，與零部件共同形成。

5.4 應(yīng)用夾具

在裝配過(guò)程中，位置夾具可采用臺(tái)階圓柱與六軸分度頭組裝，用螺釘在T 型塊下進(jìn)行確定，并將其鎖于六軸分度頭上。由于引入杠桿百分表，能夠準(zhǔn)確找正該夾上的位置高程基準(zhǔn)面，從而科學(xué)地確定了六軸加工的零點(diǎn)。并在實(shí)際加工過(guò)程中，使位置裝夾的六軸基準(zhǔn)面、浪輪底座某一面等均位于相同一側(cè)，以使零部件的主體放置在定位裝夾上，并引入緊固螺釘對(duì)其加以緊固，以此實(shí)現(xiàn)了零部件半成品安裝操作。

從實(shí)質(zhì)上來(lái)說(shuō)，根據(jù)"基準(zhǔn)重合"的原則使用夾具，就可以降低了定位誤差，更方便地進(jìn)行裝夾工作，并在提高實(shí)際效率的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步增強(qiáng)了夾緊工作的實(shí)效性。同時(shí)，在一次裝夾工藝中，還能夠進(jìn)行更多工序加工，從而可以控制由于多次定位所形成的數(shù)據(jù)誤差。此外，應(yīng)用裝夾有助于在工件和六軸分度頭間存在避空位，從而使得現(xiàn)場(chǎng)工作人員能夠在一次裝配夾具后動(dòng)作完成所有的特征工序加工，并能防止刀具間干涉現(xiàn)象的產(chǎn)生。圖1位車床加工軸示意圖。

圖1 加工軸

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，數(shù)控加工對(duì)于制造業(yè)的發(fā)展非常重要。掌握數(shù)控加工中心的零件加工特點(diǎn)，維護(hù)好、管理好數(shù)控加工中心，巧妙運(yùn)用、協(xié)調(diào)好每一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間的平衡，數(shù)控加工中心才能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，給企業(yè)創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)效益。