數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）

數控制造高新技術是在傳統的加工技術基礎上融入了自行控制、電子計算機，以及通信發展而成的新產品。與傳統的機械制造工藝技術相比，擁有智能化程度高、機械加工制造效率高、產品質量高等多項優點。現代機器數控加工技術本身也具備著高精度、高效率的優點，對現代機器制造及其零部件機械加工與制造具有十分關鍵的意義，但由于現代社會對機器工業生產的新產品需求增加，對現代機器數控加工技術的要求也增加了，需要將現代機器數控加工技術朝著高度智能化方向發展。軸類零部件是各類機械中最重要和最基礎的典型零部件，一般用來支撐傳動系統件并傳導力矩，除承載交變彎曲應力外，還承受沖擊等負荷影響。所以，軸類零部件除需要具備更多的綜合力學性能之外，還需要具備更多的疲勞強度。

1 數控加工的工作原理

數控加工是先按照零件圖樣和工藝特點制定零件加工程序，然后再投入到機械設備中，由機械設備中的控制器對投入信息完成數據分析和計算。它連續地向直接指示機械運動控制功能部分機床運行的伺服機構所發出信號，伺服控制系統把來自數控設備的脈沖信號轉化為機床移動部件運動。接著再由傳動機構驅使數控系統，而機床則按照既定的過程對機械零件實施機械加工。

2 工件的裝夾

2.1 定位基準選擇的原則

（1）基準重合原則。為減少基礎的不重復偏差，便于編程，一般應選用工藝基礎作為定位基準，并盡可能地使工藝基礎、定位基線、程序原點三者統一。

（2）便于裝夾的基本原則。所選用的位置基準應能保持位置精確、可靠，定位，夾緊的機構簡便、易于操縱，敞開性好，并可以加工盡量多的表面。

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

2.2 定位零件的位置基準

以前后端及端面為位置基準。

2.3 數控車床上常見的裝夾具方式

（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單、省時間，且夾緊力矩較小，適合于裝配夾具方式為形狀規整的中、小工件。

（2）在兩頂尖間裝配夾具方式。對規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械加工以及精機械加工。

（3）用卡盤和頂尖間裝配夾具方式。在裝配車削質量要求很大的工件時要一部分用卡盤夾緊，另一部分用后頂尖支承。該種方式相對安全，可承擔很大的切削用量，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，再做一個與其配套的螺絲扣進行裝夾，叫心軸裝夾方法。這個方式相對安全，而且還能承擔很大的磨削力，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，主要是在整合了數控銑床和數控車床等先進工藝技術的基礎上實現的操作。盡管這些技術在實際運用上已經做出了相當突出的成就，但對于當前科技創新的社會形勢來說，卻沒有充分適應零件的生產要求。以浪輪主體零部件為例，因為具有雙錐體面上孔特性，對制造精度的要求相當高，而且還必須保持同軸度與圓度之間的公差相當小，所以在實際制造中的操縱困難度相當大。同時，在實際生產中，由于采用了傳統工藝方法實現機械操縱，要求同時制作多個裝夾，而且還必須同時對底座油口螺塞實現機械操縱。在這一背景下，由于多項誤差的干擾，在裝夾加工方式次數增多的同時，也很容易產生零部件外觀尺寸超過生產標準公差范圍的現象。因此，要想更科學地處理這種現象，就一定要加強對六軸加工工藝的研究，要注意總結以往數控車床與數控銑床工藝的優點，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雜而偏差很大的加工工藝，從而使得零部件僅須進行一個簡單裝夾方式，便能夠實現整個工藝。

4 加工順序的安排

4.1 加工階段的劃分

（1）防止因毛坯內應力重新分配而影響所獲得的機械加工精度。

（2）防止粗機械加工時增大的夾緊力矩，和因磨削力變化而產生的彈力變化和熱變化對精加工質量的危害。

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

（4）更有助于合理利用機械，使高精密的機械能較長時間地維持其精度。

（5）更適合在過程中進行熱處理的要求。

4.2 加工順序的安排

下料→機械加工件計算結果輪廓→機械加工件結果值輪廓→打毛刺形成→清理→結果檢驗。

4.3 工序基準的選擇

（1）選擇設計基礎為工藝技術基礎時，對工藝技術尺度的檢測也相當于對原設計尺度的檢測，可以降低檢測操作量。

（2）對于原本工藝技術中的定位精度是由裝夾確定而不需要再進行試切調整的情形，可以要求將工藝技術基礎和原設計基準重合。

（3）對一次裝配下的加工出來的不同表面，各工序面間的工序長度應選與設計長度相同。

5 六軸零件定向加工技術分析

六軸工藝作為整車零部件加工與施工的關鍵過程，以浪輪主體零部件為基礎，剖析其六軸工藝夾具設計原理和使用內容，以為整體零部件的批量生產提供基本保證。

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，而零件并沒有找正基準的功能；在實踐加工時，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，如果沒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了問題；而浪輪的大柱體對于各特性形位公差精度的需求也特別高，在反復裝配夾具定位中，會增大數據誤差的數量。所以，在加工浪輪零部件之前，就一定要根據可能存在的問題，制定合理的定位夾具。其中主要有如下原因：①對大圓錐特性的過渡，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題；②小圓錐作為夾具和六軸分度頭安裝的共同特點；③在大圓錐中均勻分布的三個圓錐是定位銷，三通孔用于定位夾具。

5.1 刀具選擇

選用數控刀的基本原則與刀具切削壽命和磨削用量都有關系。在設定切削加工劑量時，應當選擇合適的切削刀具壽命，而合理的切削刀具壽命也應當按照優化的工作目標而定。在選用切削刀具壽命時可參考以下幾點，按照刀工的復雜程度、加工時間和磨刃效率來選擇。復雜、精密刀具的使用壽命應高于單刃刀具。對于機夾的可轉位刀具，由于換刀時間很短，需要提高其加工特性和制造效率。因此，刀具的壽命延長可以較低，通常為15～30 min。對于多刀機械、混合機械和具有裝刀、換刀、調整刀等復雜工藝的半自動加工刀具，刀具壽命延長也應較高，因此應提高刃具可靠性。當一個工藝單元在某一段時間內承受全廠較大的支出時，刀具壽命也應較低。在大型零件精加工過程中，為了保證至少一次性走刀，避免在切削過程中更換刀具，刀具壽命應根據零件的精度和表面粗糙度來判斷。與一般加工方式一樣，數字控制加工也對刀具質量給出了更高的標準，不但需求刀具精確，而且需求規格穩定，耐磨度高，通過這樣來達到數控車床工作效率的需求。

5.2 夾具原理

包含了以下幾點具體內容：①將小浪輪主體的上頂面部以及各個區段的精鏜孔作為位置基準，將零件加工和裝夾工作根據"三銷一面"的方法實施加工操作，并根據螺釘鎖定的方法實施裝夾；②該夾在背面圓錐的帶動下，能夠與六軸分度頭上的中心孔科學地協作，引用T 型塊和螺釘進行定位與夾緊。

5.3 制作夾具

在制作裝夾的整個過程中，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臂上和安裝在圓錐旋轉臂時，所顯示出的同軸度差值不得超過0.02 mm；②在六軸定位基準面與夾具高程基準面間，垂直差不得超過0.02 mm；③三定位銷和浪輪基礎上的孔裝配公差精度，不得超過0.02 mm；④在制造工件夾具的流程中，對工件夾具大圓柱表層的特點并不要求機械加工，但這一特點卻需要在機械加工一個零部件的情形下，與零部件共同形成。

5.4 應用夾具

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

從實質上來說，根據"基準重合"的原則使用夾具，就可以降低了定位誤差，更方便地進行裝夾工作，并在提高實際效率的基礎上，進一步增強了夾緊工作的實效性。同時，在一次裝夾工藝中，還能夠進行更多工序加工，從而可以控制由于多次定位所形成的數據誤差。此外，應用裝夾有助于在工件和六軸分度頭間存在避空位，從而使得現場工作人員能夠在一次裝配夾具后動作完成所有的特征工序加工，并能防止刀具間干涉現象的產生。圖1位車床加工軸示意圖。

圖1 加工軸

6 結束語

綜上所述，數控加工對于制造業的發展非常重要。掌握數控加工中心的零件加工特點，維護好、管理好數控加工中心，巧妙運用、協調好每一個生產環節之間的平衡，數控加工中心才能發揮其優勢，給企業創造更多經濟效益。