数控加工中心六轴零件加工方向研究

丘 香

（深圳市思翰铭科技有限公司，广东深圳 518000）

数控制造高新技术是在传统的加工技术基础上融入了自行控制、电子计算机，以及通信发展而成的新产品。与传统的机械制造工艺技术相比，拥有智能化程度高、机械加工制造效率高、产品质量高等多项优点。现代机器数控加工技术本身也具备着高精度、高效率的优点，对现代机器制造及其零部件机械加工与制造具有十分关键的意义，但由于现代社会对机器工业生产的新产品需求增加，对现代机器数控加工技术的要求也增加了，需要将现代机器数控加工技术朝着高度智能化方向发展。轴类零部件是各类机械中最重要和最基础的典型零部件，一般用来支撑传动系统件并传导力矩，除承载交变弯曲应力外，还承受冲击等负荷影响。所以，轴类零部件除需要具备更多的综合力学性能之外，还需要具备更多的疲劳强度。

1 数控加工的工作原理

数控加工是先按照零件图样和工艺特点制定零件加工程序，然后再投入到机械设备中，由机械设备中的控制器对投入信息完成数据分析和计算。它连续地向直接指示机械运动控制功能部分机床运行的伺服机构所发出信号，伺服控制系统把来自数控设备的脉冲信号转化为机床移动部件运动。接着再由传动机构驱使数控系统，而机床则按照既定的过程对机械零件实施机械加工。

2 工件的装夹

2.1 定位基准选择的原则

（1）基准重合原则。为减少基础的不重复偏差，便于编程，一般应选用工艺基础作为定位基准，并尽可能地使工艺基础、定位基线、程序原点三者统一。

（2）便于装夹的基本原则。所选用的位置基准应能保持位置精确、可靠，定位，夹紧的机构简便、易于操纵，敞开性好，并可以加工尽量多的表面。

（3）便于对刀的原则。批量机械加工时，在工件坐标系已固定的状况下，保持了对刀的可能性和便利。

2.2 定位零件的位置基准

以前后端及端面为位置基准。

2.3 数控车床上常见的装夹具方式

（1）在三爪自定心卡盘上装配夹具方式。该卡盘装夹具的工件加工简单、省时间，且夹紧力矩较小，适合于装配夹具方式为形状规整的中、小工件。

（2）在两顶尖间装配夹具方式。对规格较大或加工工序较多的轴类工件，为提高每种装配夹具方式的装夹具准确度，使用两顶尖装配夹具方式。该装夹具方式适合于多序机械加工以及精机械加工。

（3）用卡盘和顶尖间装配夹具方式。在装配车削质量要求很大的工件时要一部分用卡盘夹紧，另一部分用后顶尖支承。该种方式相对安全，可承担很大的切削用量，且装配刚性好，比轴流式位置更精确，使用较普遍。

（4）用心轴装夹方法。在装夹的方式面为螺纹时，再做一个与其配套的螺丝扣进行装夹，叫心轴装夹方法。这个方式相对安全，而且还能承担很大的磨削力，装配刚性较好，而且轴向位置比较精确。

3 传统零件加工工艺分析

从以往采用的工艺操作状况表明，主要是在整合了数控铣床和数控车床等先进工艺技术的基础上实现的操作。尽管这些技术在实际运用上已经做出了相当突出的成就，但对于当前科技创新的社会形势来说，却没有充分适应零件的生产要求。以浪轮主体零部件为例，因为具有双锥体面上孔特性，对制造精度的要求相当高，而且还必须保持同轴度与圆度之间的公差相当小，所以在实际制造中的操纵困难度相当大。同时，在实际生产中，由于采用了传统工艺方法实现机械操纵，要求同时制作多个装夹，而且还必须同时对底座油口螺塞实现机械操纵。在这一背景下，由于多项误差的干扰，在装夹加工方式次数增多的同时，也很容易产生零部件外观尺寸超过生产标准公差范围的现象。因此，要想更科学地处理这种现象，就一定要加强对六轴加工工艺的研究，要注意总结以往数控车床与数控铣床工艺的优点，并提出综合工艺方式，使六轴加工工艺可以代替以往繁琐复杂而偏差很大的加工工艺，从而使得零部件仅须进行一个简单装夹方式，便能够实现整个工艺。

4 加工顺序的安排

4.1 加工阶段的划分

（1）防止因毛坯内应力重新分配而影响所获得的机械加工精度。

（2）防止粗机械加工时增大的夹紧力矩，和因磨削力变化而产生的弹力变化和热变化对精加工质量的危害。

（3）将粗精加工阶段分离，能较准确地找到毛坯尺寸的缺点，从而减少了不必要的质量损失。

（4）更有助于合理利用机械，使高精密的机械能较长时间地维持其精度。

（5）更适合在过程中进行热处理的要求。

4.2 加工顺序的安排

下料→机械加工件计算结果轮廓→机械加工件结果值轮廓→打毛刺形成→清理→结果检验。

4.3 工序基准的选择

（1）选择设计基础为工艺技术基础时，对工艺技术尺度的检测也相当于对原设计尺度的检测，可以降低检测操作量。

（2）对于原本工艺技术中的定位精度是由装夹确定而不需要再进行试切调整的情形，可以要求将工艺技术基础和原设计基准重合。

（3）对一次装配下的加工出来的不同表面，各工序面间的工序长度应选与设计长度相同。

5 六轴零件定向加工技术分析

六轴工艺作为整车零部件加工与施工的关键过程，以浪轮主体零部件为基础，剖析其六轴工艺夹具设计原理和使用内容，以为整体零部件的批量生产提供基本保证。

如果直接把零部件装夹到六轴分度头上，那么每一次加工前，都需要寻边找正，而零件并没有找正基准的功能；在实践加工时，由于零部件表面特性与六轴分度头是直接相连的，在加工大锥体表面特性时，如果没有每一次安装的夹具成型，就需要分析在刀柄避空、切刀干涉等工作方面是否出现了问题；而浪轮的大柱体对于各特性形位公差精度的需求也特别高，在反复装配夹具定位中，会增大数据误差的数量。所以，在加工浪轮零部件之前，就一定要根据可能存在的问题，制定合理的定位夹具。其中主要有如下原因：①对大圆锥特性的过渡，主要为了克服在工艺程序中刀具和四周分度头之间相互制约的问题；②小圆锥作为夹具和六轴分度头安装的共同特点；③在大圆锥中均匀分布的三个圆锥是定位销，三通孔用于定位夹具。

5.1 刀具选择

选用数控刀的基本原则与刀具切削寿命和磨削用量都有关系。在设定切削加工剂量时，应当选择合适的切削刀具寿命，而合理的切削刀具寿命也应当按照优化的工作目标而定。在选用切削刀具寿命时可参考以下几点，按照刀工的复杂程度、加工时间和磨刃效率来选择。复杂、精密刀具的使用寿命应高于单刃刀具。对于机夹的可转位刀具，由于换刀时间很短，需要提高其加工特性和制造效率。因此，刀具的寿命延长可以较低，通常为15～30 min。对于多刀机械、混合机械和具有装刀、换刀、调整刀等复杂工艺的半自动加工刀具，刀具寿命延长也应较高，因此应提高刃具可靠性。当一个工艺单元在某一段时间内承受全厂较大的支出时，刀具寿命也应较低。在大型零件精加工过程中，为了保证至少一次性走刀，避免在切削过程中更换刀具，刀具寿命应根据零件的精度和表面粗糙度来判断。与一般加工方式一样，数字控制加工也对刀具质量给出了更高的标准，不但需求刀具精确，而且需求规格稳定，耐磨度高，通过这样来达到数控车床工作效率的需求。

5.2 夹具原理

包含了以下几点具体内容：①将小浪轮主体的上顶面部以及各个区段的精镗孔作为位置基准，将零件加工和装夹工作根据"三销一面"的方法实施加工操作，并根据螺钉锁定的方法实施装夹；②该夹在背面圆锥的带动下，能够与六轴分度头上的中心孔科学地协作，引用T 型块和螺钉进行定位与夹紧。

5.3 制作夹具

在制作装夹的整个过程中，要保证与整体位置装夹的同轴度和位置均具备精度，具体包括：①三位置在圆的旋转臂上和安装在圆锥旋转臂时，所显示出的同轴度差值不得超过0.02 mm；②在六轴定位基准面与夹具高程基准面间，垂直差不得超过0.02 mm；③三定位销和浪轮基础上的孔装配公差精度，不得超过0.02 mm；④在制造工件夹具的流程中，对工件夹具大圆柱表层的特点并不要求机械加工，但这一特点却需要在机械加工一个零部件的情形下，与零部件共同形成。

5.4 应用夹具

在装配过程中，位置夹具可采用台阶圆柱与六轴分度头组装，用螺钉在T 型块下进行确定，并将其锁于六轴分度头上。由于引入杠杆百分表，能够准确找正该夹上的位置高程基准面，从而科学地确定了六轴加工的零点。并在实际加工过程中，使位置装夹的六轴基准面、浪轮底座某一面等均位于相同一侧，以使零部件的主体放置在定位装夹上，并引入紧固螺钉对其加以紧固，以此实现了零部件半成品安装操作。

从实质上来说，根据"基准重合"的原则使用夹具，就可以降低了定位误差，更方便地进行装夹工作，并在提高实际效率的基础上，进一步增强了夹紧工作的实效性。同时，在一次装夹工艺中，还能够进行更多工序加工，从而可以控制由于多次定位所形成的数据误差。此外，应用装夹有助于在工件和六轴分度头间存在避空位，从而使得现场工作人员能够在一次装配夹具后动作完成所有的特征工序加工，并能防止刀具间干涉现象的产生。图1位车床加工轴示意图。

图1 加工轴

6 结束语

综上所述，数控加工对于制造业的发展非常重要。掌握数控加工中心的零件加工特点，维护好、管理好数控加工中心，巧妙运用、协调好每一个生产环节之间的平衡，数控加工中心才能发挥其优势，给企业创造更多经济效益。