一、零件的结构工艺分析

零件是由材料为TC11零件经过20道的工序,其中包含了车、銑、多轴加工等等多种工种安排,整个产品的加工周期非常长。加工完成后如图1,再通过塑压碳布后成型形成隔热衬层形成A零件。如图2所示:

            图  1                            图2                                   

                       ( 图3 )零件二维结构图

如图3所示,此零件多轴加工的部位就是从内面圆弧面上加工与轴线成夹角为23度的两处部位，加工内容为：2个台阶孔、M12X1-6H螺纹和钻直径为4mm的小孔，两处凸台先垂直于它的斜面然后与零件轴线的夹角为27度.

1.1 原加工方法

1.1.1校正基准选择

从产品的结构可以看出，该台阶孔的加工和外球面凸台有同轴度要求，从加工、设计基准上讲，采用外球面凸台定位进行加工。

1.1.2校正基准过程

零件小头朝下，校正基准过程如下图4所示，通过在主轴上安装一个基准刀具,然后间接计算外球面凸台中心与基准刀具中心的点坐标，找正过程中，基准刀具随着刀轴先旋转90度然后运行到计算的点坐标点，依靠基准刀具面与外凸台面点接触找正，然后夹紧产品。

                                图4 (后盖校正图)        

1.1.3找正存在的问题：

1）找正基准很麻烦，基准点在操作过程中易于发生刀具体和零件端面干涉，检测观察需要侧头贴至工作台进行观察，操作不方便，且影响找正过程；

2）产品在夹紧的过程中产品如果转动，也是很难发现，就会造成凸台偏离基准点，产生误差，

以上两缺点在加工过程中经常发生，比如校正偏离基准点误差为0.1mm，反映在壁厚就会有0.2mm的误差，以此类推，偏离基准点的误差越大，反映在壁厚上误差就会越明显，壁厚差过大，产品报废，此操作方法只能依靠操作者的手法和感觉去校正，产品的合格率只有百分之六十。壁厚差如下图5所示：

                     图5 (壁厚差图)

二、技术方案

    通过总结分析，提出改进点：

1： 多轴机床的刀轴不需要倾斜角度，尽量减少一系列的空间点坐标的互算

2： 基准方向的校正很关键，需正确、可靠，方便操作。

3： 能及时发现校正误差给予修正。

2.1改进方法

    鉴于以上所述，提出以下改进方案：

第一步：正面装夹（即大头朝下）零件，首先在外凸台中心预钻一个直径为8±0.02mm的工艺孔，如下图6所示：

图6(工艺孔图)

第二步：在工艺孔里装配一个相符的销子，然后以销子作为基准，刀轴不发生倾斜，基准刀具和销子之间的相互正确的位置关系只须计算同一个平面内的点坐标即可。

第三步：夹紧工件，夹紧过程中，为了防止工件移动和转动，可以一手让产品沿着顺时针的方向紧紧接触基准刀具（基准刀具固定不动，产品转动），另一手压入螺钉，两手同时操作，可将误差降为最小。压紧螺钉后，即可后续操作。

第四步：基准刀具通过计算的点坐标（基准刀具直径和销子处于的位置及销子直径三者之间的相互位置关系）移动到一定的位置与销子接触找正，然后开始加工。如下图（7）所示：

                                图7

三、 技术原理：            

如图8所示:五轴机床有三个直线运动轴X,Y,Z和两个回转运动轴A,B,如果刀轴发生倾斜,就要进行坐标变换,坐标变换就是根据刀位计算所得的刀心坐标、刀轴矢量和两坐标系原点的距离来求解加工机床的坐标值,X,Y,Z,A,B, 计算过程很繁琐,同时还要考虑计算后的坐标值是否存在刀具、工件及夹具体三者之间存在碰撞与干涉,注意的问题比较多,此方法从操作中省去了刀轴的倾斜,只需要三个直线运动轴X,Y,Z,即可在一个平面内通过三角函数关系快速计算出坐标值,如图3-3所示，然后只需要移动相应的不需要进行坐标互换。

    (1-1)五轴原理图              (2-2) 五轴原理图  

                （3-3）三轴三角函数图

四、 创新点                     

     1.首次尝试结构复杂类零件基准在多轴加工机床上的选择和建立。

     2.打破常规,多轴加工并非一次装夹,就可以保证产品所有的精度,根据实际情况,适当的增加工步,反而更利于提高产品质量。

     3.减少了多轴机床空间倾斜角度后，一系列空间点坐标之间的相互换算。

 4.直观、简单、直接、准确、快速的找正基准，避免了依靠手法和感觉去校正。

五、 应用和推广情况

该零件的质量控制操作法目前已经广泛用于同系列零件加工，且经过到目前为止的实际加工反复操作尝试,此操作方法都能满足产品要求,合格率百分之百.总结提炼：此方法的推广性、实用性、创新性和可行性非常高，且可靠实用。很有推广价值，为将来更多的此类多轴加工类零件加工打下坚实的基础。

参考文献：

1.«多轴数控加工中心编程与加工技术»  化学工业出版社 2014

2.«机械制造工艺学» （第2版）机械工业出版社  2003