原创《车铣复合加工下的微小型结构件工艺》
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车铣复合加工下的微小型结构件工艺
魏树明
（广东省轻工业高级技工学校,广东 广州 510315）
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）04-0223-01
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：
图4 某微小型结构件车铣复合加工后的实物示意图
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]刘冰冰,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.
小型论文参考资料：
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