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:

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

图 1

图 2

图 3 零件二维结构图

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