1 引言
机械零件由于功能的多样性而构成复杂的结构特征，这些零件的结构往往不能由单一的设备来完成加工，而需要南车、铣等工序配合实现，对于异型结构更需要配置专用工装夹具、数控转台等附件形成多轴加工设备，并正快速普及到民用工业中，为复杂结构机械零件的加工制造提供了有效的解决方案。数控加工工艺编排的一般规律是：粗加工工序利用常规的数控车床、数控铣床设备完成，去除大余量，半精加工、精加上依照不同的结构特点选取相匹配的设备完成，而定位要求高、型面复杂等结构则在多轴的数控机床上完成。
2 螺柱零件的技术要求及工艺分析
图1所示的螺柱零件作为所属部件的传动及连接核心，具有多结构特征、高形位精度等技术要求。以下分析其结构特征及编制相应数控车铣加工工艺，结合CimatronE的四轴加工策略完成数控编程和零件加工。
从图1所示的螺柱零件结构特征分析，螺柱零件在所属部件中与多个其它零件连接，并产生相对运动，其配合结构多，结构形状精度和结构间的位置精度要求高。(1)直径65的外圆柱面与旋盖配合，零件中心的阶梯通孔与芯轴、锁紧环配合，外圆柱面和阶梯通孔均要求很高的圆度、同轴度和表面光洁度，适合选用数控车削加工方式；(2)半圆凸台与底座配合，半圆凸台的造型轮廓在装配环境中投影到底座上造型，以保证半圆凸台特征与底座半圆凹槽的形状吻合程度，否则将会因为形状错位而难以配合，适合采用配做的数控铣削加工方式；(3)圆柱凸轮槽、键槽及锬紧螺孔、对称平面在圆周方向要求较高的90定位，以保证零件联接及运动的准确性，分别加工将因多次装夹而产生累积的位置误差，导致后边装配困难，因此采用四轴的定向加工，一次装夹完成加工，保证其相对的位置精度而实现装配要求。(4)半圆凸台及其上的锁紧螺孔、定位销通孔与外圆周向的结构也有较高的位置精度要求，需要最后通过平口钳夹紧对称平面这一工艺结构进行铣削加工和孔加工。
螺柱零件材料为45钢，数量不多，为小批量生产，毛坯采用实心圆棒料，规格为：直径φ70mm，高度45mm。数车加工采用硬质合金的机夹式刀具，数铣加工采用硬质合金的整体式刀具。螺柱零件的结构较多，工艺过程依照装夹次数最少原则编排结构特征的加工顺序，而每一结构特征分粗、精加工两工步进行。粗加工用大刀具快速地加工出工件大致形状，保留适当余量，精加工根据具体结构特征采用不同的刀具及工艺分区域加工，保证加工效果和加工精度。
3 螺柱零件的加工过程
车削加工相对铣削加工能有效保证回转体的圆度精度、轴阶梯的同轴度、加工面的表面粗糙度，因此工艺过程首先编排在数控车床上加工螺柱零件的回转结构（外圆柱面、阶梯内孔），然后在配置数控转台（A轴）的VMCL850加工中心上经过3次装夹，完成螺柱零件的全部加工。
3.1 数控车削加工
数控车床工位上分两工步进行。
第一工步卡盘夹紧半圆凸台端，夹持长度约10mm，车削φ65端外圆柱面及端面、倒角；先钻后镗加工此端的阶梯孔（与芯轴配合）。
第二工步卡盘夹紧西65端，装夹面辅以紫铜皮保护，打表找正保证其同轴度，车削端面及凸台外圆面，外圆面暂不车削到尺寸要求，留余量给铣削工序，由于此处半圆凸台与底座的半圆凹槽配合，形状精度统一由白动编程的软件轮廓保证；先钻后镗加工此端阶梯孔（与锁紧环配合）。
3.2 键槽及其螺孔的铣削加工
周向键槽及螺孔在结构上与侧向键配合作周向定位，在加工工艺编排上，优先加工的原因主要是考虑两方面因素：(1)数控转台夹持半圆凸台端，铣刀铣削键槽时没有足够走刀空间，将导致刀具碰撞数控转台；(2)优先加工的目的是后续4轴数控转台夹持半圆凸台端时，键槽作为加工的对刀基准。
工步在加工中心上使用平口钳夹紧螺柱零件的两端面，辅以紫铜片保护装夹面。键槽宽度尺寸为12+0.040，故可以使用12的平底铣刀直接加工到位，刀路轨迹使用CimatronE中2.5轴加工策略中的开放轮廓铣，M80.75的键槽螺孔首先使用6.7的钻头预钻，再使用M80.75的丝锥，利用加工中心的刚性攻丝功能完成螺孔加工。
3.3 凸轮槽及对称平面的铣削加工
周向凸轮槽为空间的螺旋结构，在结构上与侧向螺堵零件配合作周向滑动，并带动其它零件的运动。在加工技术要求上，凸轮槽的侧面相对底面要求较高的表面光洁度。对称平面为工艺结构，作为后续加工的平口钳装夹位置，要求较高的定位精度，从而保证键槽、凸轮槽、半圆凸台及螺孔的相对位置精度。
工步使用数控转台（A轴）卡盘夹持半圆凸台端，以周向键槽为对刀基准，使用4轴加工技术来有效保证凸轮槽等结构特征的加工效果。凸轮槽借助4轴联动加工策略，采用CimatronE的5轴侧向铣刀路，后置处理为4轴加工程序，使用φ4的平底铣刀，层深0.2mm，进刀点选取槽中部，精加工使用圆弧进退刀方式，避免进退刀痕，保证侧壁的光洁度，分粗、精加工完成，对称平面借助4轴定向加工策略，采用CimatronE的2.5轴开放轮廓铣刀路完成加工。
3.4 半圆凸台、螺孔及定位销孔的铣削加工
半圆凸台在结构上与底座的半圆凹槽相配合，在CimatronE中使用相同的轮廓边造型及其数控程序编制，确保设计轮廓和装配结构的一致性。两螺孔与底座对应孔通过螺钉锁紧，定位销孔则在部件圆周转动到位时定位。
工步使用平口钳夹紧对称平面，打表调正螺柱零件。半圆凸台使用CimatronE的2.5轴环切铣削刀路进行粗加工，侧壁留0.2mm余量，然后使用2.5轴封闭轮廓铣刀路完成精加工。凸台上两个M80.75的螺孔首先使用6.7的钻头预钻，再使用M80.75的丝锥利用加工中心的刚性攻丝功能完成螺孔加工。8的定位销孔首先使用7.8钻头预钻，再使用8铰刀精加工。
4 结语
针对复杂机械零件的不同结构特征，合理编排综合的数控车削和数控铣削加工工艺，同时使用4轴联动加工及其定位加工策略，相对单一设备或传统加工不仅能实现多结构和复杂形状零件的加工，而且能达到较高的加工尺寸精度和形位精度，满足机械零件的使用性能要求。
(审核编辑: 智汇张瑜)
