四轴零件定向加工与技术研究

庞钧文

摘  要：在产品造型及其结构向着功能复合化、人性化及多样化方向发展时，以往引用的加工技术已经无法满足当前工业加工需求。四轴零件加工作为机械化生产的重要内容，若想实现新时代发展提出的要求，必须要加大对四轴零件定向加工技术的探究。该文在了解当前生产实践经验的基础上，明确传统意义上加工技术的优缺点，分析四轴零件定向加工技术内容，以此为日益革新的市场需求提供有效依据。

关键词：四轴;零件;定向;加工技术;三轴加工

中图分类号：TH16          文献标志码：A

传统意义上的加工技术属于人类在长期发展中积累的经验和技术，具有极强的随意性，且会受操作者的工作经验所影响，因此并不适宜在批量生产作业中应用，更无法向着自动化、规模化及机械化的方向持续发展。而在数控机床广泛应用后，促使数控加工技术得到了全面推广，其包括的工艺是以传统加工技术为核心提出的，不仅继承了以往的工艺优势，且展现出了个性亮点，象劳动强度低、适应性强且应用精确性高等。但这种技术依旧不符合大批量生产。由此，四轴加工技术得以提出。从本质上讲，四轴加工是以三轴加工为核心提出的新型加工技术，产品在加工时，只需要进行一次装夹，就能在旋转轴旋转中，达到零件多面定向加工与绕轴旋转联动加工，这样不仅能减少工件装夹的次数，且有助于提升零件加工处理的精确性，以此提升零件加工的工作效率和质量。下面对四轴零件定向加工与技术进行深入探索。

1 四轴零件的特征

从当前四轴零件的加工情况可知，其展现出的特征是附着在常规三轴加工特征上的，并没有在计算机辅助设计软件上，应用四轴刀路实施某种零件的全部编程操作，相反零件常规特征需要先引用三轴刀路进行所有编程，并进行粗精加工，而后结合四轴刀路进行编程和粗精加工。同时，在这一阶段，重要的四轴特征也会优先引用三轴刀路实施开粗。

从总体角度分析，四轴零件的加工特征主要分为2种：一种为回转定向加工，通常要先结合数控转台进行旋转定位，而后使用三轴刀路实施轴向结构加工;另一种为联动加工，一般要使用旋转轴和直线轴一起进行运动，实施包括一个直线轴与一个旋转轴的两轴联动加工、2个直线轴与一个旋转轴的三轴联动加工;3个直线轴和一个旋转轴的四軸联动加工。其中，三轴联动加工最大的特征就是圆柱体上具备法向曲面、纹理雕刻等，而四轴联动加工最大的特征是指非圆柱体及其包括的法向曲面、螺旋槽等。

2 传统零件加工工艺分析

了解以往应用的加工工艺情况可知，其是在整合数控铣床与数控车床等技术的基础上进行加工操作。虽然这种技术在实践应用中取得了非常优异的成绩，但对当前科学技术持续革新的市场环境而言，并不能完全满足零件加工需求。以浪轮主体零件为例，由于其圆锥面上孔特征，对加工精确度的要求非常高，且要保证同轴度和圆度的公差非常小，因此在加工时的操作难度非常大。同时，在实践生产中，引用传统工艺技术进行操作，需要制作多个夹具，且需要对底座油孔进行操作。在这一背景下，受多项误差的影响，在装夹次数增加的同时，将会出现零件外形尺寸超出产品标准规定的公差范围的现象。由此，要想科学地解决这些现象，必须要加大对四轴加工工艺的探索，并注重整合以往数控车床和数控铣床工艺优势，提出组合加工方法，让四轴加工工艺取代以往复杂且误差较大的工序，促使零件只需进行一次装夹就可以完成整体加工。

3 四轴零件定向加工技术分析

四轴加工作为整体零件加工施工的重要步骤，该文以浪轮主体零件为基础，分析其四轴加工夹具设计及应用内容，以此为零件小批量生产奠定基础保障。

如果直接将零件装夹在四轴分度头上，那么每次加工之前，都要寻边找正，但零件并没有找正基准的功能;在实践加工时，零件表层和四轴分度头是直接连接的，在加工圆锥面上特征时，如果不能一次装夹成型，就要分析刀柄避空、刀具干涉等方面是否存在问题;浪轮的圆柱面对各特征形位公差精确性的要求非常高，在多次装夹定位中，会增加数据误差的数值。因此，在加工浪轮零件之前，必须要结合可能出现的问题，提出有效的定位夹具。其中主要有以下内容：其一，大圆柱特征为过渡，主要用来解决加工过程中刀具与四周分度头彼此制约的问题;其二，小圆柱属于夹具与四轴分度头装配的特征;其三，大圆柱中均匀分布的三根圆柱就是定位销，其中3个螺纹孔用来对零件进行紧固，三通孔用来固定夹具。

3.1 夹具原理

具体包括以下几点内容：其一，将浪轮主体的上顶面及其3个不同区域的精镗孔看作定位基准，零件和夹具结合“三销一面”的方式进行操作，并结合螺栓锁紧的方式实施装夹;其二，夹具在背面圆柱的引导下，可以和四轴分度头上的中心孔科学协作，引用T型块和螺栓实施定位紧固。

3.2 制作夹具

在制作夹具的过程中，工作人员要确保整体定位夹具的同轴度与定位具备精确度，具体内容分为：其一，三定位在圆的回转轴与装配圆柱回转轴时，展现出的同轴度差距不能高于0.02 mm;其二，四轴定位基准面和夹具基准面之间，垂直度不能高于0.02 mm;其三，三定位销与浪轮主体上的孔装配公差，不能高于0.02 mm;其四，在制作夹具的过程中，夹具大圆柱表层的特征不需要加工，且这一特征要在加工第一个零件的情况下，与零件一起成型。

3.3 应用夹具

在安装过程中，定位夹具可以在台阶圆柱和四轴分度头装配，螺栓与T型块下实施定位，并将其锁在四轴分度头上。通过引用杠杆百分表，及时找正夹具上的定位基准面，并科学地判断四轴加工的零点。而在生产加工过程中，确保定位夹具四轴基准面、浪轮底座某一平面等都处于相同一侧，以此将零件主体安装到定位夹具上，并引用螺栓对其进行紧固，以此完成零件半成品安装操作。

从本质上讲，结合“基准重合”的原则应用夹具，有助于减少定位误差，便捷操作装夹工作，以此在提升实践工作效率的基础上，提升紧固工作的有效性。同时，在一次装夹加工中，可以完成多工序加工，有助于控制因多次定位产生的数据误差。另外，应用夹具有助于工件与四轴分度头之间存在避空位，促使现场工作人员可以在一次装夹后做完一切特征加工，且能预防刀具干涉现象的发生。

4 结语

综上所述，在工业生产的迅猛发展中，随着零件构成越发烦琐，促使生产工作对零件精确度的要求越来越高，此时若继续沿用传统意义上的数控机床技术进行操作，不仅难以满足实践工作需求，且会增加加工操作难度。四轴加工是在整合现代数控机床技术优势的基础上，实现数控车削与铣削复合操作，并将看起来复杂且困难的加工步骤和夹具制作等工作，变得更加简单且容易操作，最终只需要一次装夹就可以完成多项步骤，这对民用产品与工业装备零件制造业发展而言具有积极作用，有助于提高相关行业发展获取的经济效益和社会效益。

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