车铣复合加工应用研究

车铣复合加工应用研究

彭湘

江南工业集团有限公司·湖南湘潭·411207

摘要：车铣是一种以铣刀转动和工件转动为一体的工具，其形状精度、位置精度、表面粗糙度和残余应力均可满足产品的生产需求。具有高效率、高精度、长刀具使用寿命、切割平滑、不产生断屑等优点，可实现一般单用车床和铣床不能完成的工作。它将代替传统的加工方式，在未来的加工中占据主导地位。本文根据车铣加工中心的加工能力，对车铣复合加工的具体应用进行了探讨。

关键词：车铣加工；加工工艺；工艺设计

引言

目前，国内对车铣技术的研究已经遍布各个行业，但对车铣技术的系统研究却是一片空白。20世纪60、70年代，有些工厂采用了旋风铣。目前，国内外有关旋风铣削技术的研究已经取得了一定的进展，但大多是以旋风铣削的螺纹为研究对象，为螺旋铣削的研究提供了有益的借鉴。公司目前主要从事车铣工艺、车铣加工中心的开发和生产。

1车铣复合加工的基本概述

车铣是一种以铣刀转动和工件转动为一体的综合运动，在形状精度、位置精度、表面粗糙度、剩余应力等方面都能满足零件的高精度加工工艺。这是一项先进的技术，它不是单纯的车削和铣削的结合。虽然复合工艺在传统的单加工工艺中有着不可替代的优越性，但是在实际生产中，汽车、铣复合加工的综合利用效率还没有完全发挥出来。其主要原因是，车铣复合加工技术在航空工业中的应用时间还不长，适合于汽车零部件的工艺特点的车铣复合加工工艺、数控编程技术、后置处理技术和模拟技术都还处在探索阶段。要使机床的综合性能得到最大限度地发挥，提高加工效率和精确性，就需要对以上技术进行综合研究，并对其进行综合应用。

2车铣复合加工的应用分析

车铣复合加工的应用主要从车铣复合加工思路、车铣在线测量加工和车铣实时随动加工三个方面展开论述。

2.1车铣复合加工思路

轴类部件的定位参考及夹具方式的选取。在轴类零件的加工中，为了确保各主要面的定位精度，选用定标作为参考，尽量使其与组装参考一致，并使各个工艺的基准一致，同时在一次安装时尽量多地加工面。轴类零件的精度基准一般有两种，第一种是以顶部针孔为基准。该方法可以达到标准的一致性，一次加工就能完成各个外圆面和端面的加工，既能保证各个外圆面的同轴，又能使外圆和端面的垂直性得到很好的保证，而且加工效率高，而且使用的夹具结构也比较简单。当主轴长直径较大，刚度较低时，一般采用中间框架或跟刀架等辅助支撑，以增加其刚性。精基准的另一种选择方法是采用支撑轴直径，并依据基准一致原理，不会出现基准不一致的情况，易于确保各关键面之间的定位精度。

2.2车铣在线测量加工

　车铣复合加工中运动部件多，功能复杂，因此，在编程后进行数控加工模拟是十分必要的。由于国内飞机制造企业的车铣复合加工在实际生产中才刚刚开始，尚无成熟的模拟技术，大多数厂商都是采用试切法对程序进行检验和优化，从而造成了长时间的准备、开发风险和加工费用。因此，要进一步推广模拟技术，以提高车铣复合加工的应用和开发效率。目前，国内外已广泛应用于车铣复合加工模拟的软件有TopSolid、Gibbs等。事实上，利用Vericut、NCSimul等现有的通用NC加工模拟软件，可以根据机床的结构、运动特性、特殊功能和数控系统，进行机床的运动仿真。采用一般NC加工模拟软件进行车铣复合加工，必须在仿真系统中建立一个较为逼真的机床环境，并着重于确定机床各运动零件的相对运动和几何位置关系。在此基础上，对实际生产所用的刀具进行了分类，并确定了相应的刀具编号。然后，对数控机床数控系统进行了设计，把NC程序输入到仿真系统中，以达到仿真的目的。一些功能，比如多通道加工，尾座控制，比常规NC加工还要发展和自定义宏功能。

2.3车铣实时随动加工

随着车铣复合加工技术的不断发展，对CNC编程技术的需求越来越大，但这已经是一个“瓶颈”。但由于目前国内尚不多见汽车铣复合加工技术，若无专用的复合加工方法，通常采用CAM软件对其进行设计，然后人工进行人工调整，以满足复杂的加工需求。这个办法需要很高的技术工人与传统CNC编程技术比较，车铣复合加工程序编制的困难表现在：

(1)工艺种类繁杂。在数控车削、多轴铣、钻孔等多种加工方法中，必须正确地确定各工序之间的衔接和进、退刀的关系。所以，在进行CNC编程时，要清楚地了解目前工艺过程中的工艺模式和加工余量的分配情况，以便为下一步的工艺制定和进、退刀的设定提供方便。

(2)在编制程序时，一定要严格地根据生产流程来决定串的平行次序。在车铣复合加工中心上，很多零件都可以完成从毛料到成品的全过程，所以加工过程的结果一定要符合生产流程。同时，多道平行加工在编写CNC编程时必须全面考虑。因此，要达到高效率的复合加工，必须开发过程-程序-模拟-的集成过程。

3车铣复合加工技术的发展趋势

与欧美发达国家相比，我国的数控技术发展相对落后，进入21世纪以后，随着市场经济的稳定发展，我国开始大力发展数控技术，五轴车铣的综合加工技术得到了迅速的发展，并朝着如下方向发展。目前五轴车铣机的复合加工工艺越来越完善，不但能够按照工艺要求应用，而且可以根据用户对产品加工和生产的需要进行灵活的改变，从而提高产品的加工质量，从而为工艺的高效使用打下了坚实的基础；二是技术水平不断提高。五轴车铣复合加工技术在软硬件上都有一定的需求，随着网络系统的不断完善，“互联网+”与此技术的结合越来越密切，开发出的各种软件也越来越多，比如MAZAK的E-H系列、WFL的M型等。在技术规范方面，MFL.M系列、M30-M150等7种规格，包括300-1500毫米的直径，最长6500毫米，适合各种工件。除了可以应用于系统功能之外，也可以采用可选模块，例如，WFL的M系列可以选择长刀杆组件、下刀塔组件、副主轴组件、径向自动送刀杆组件、ATC更换组件、角度头组件等模块。MAZAK E- H系列可选用下刀塔模块、副主轴模块、ATC更换模块和长镗刀杆模块，实现了五轴车铣复合工艺的组合，实现了五轴车铣的组合工艺，并可根据生产制造的需要，配置在线检测功能、自动对刀功能、适应控制功能、在线实时监控等功能。

结束语

当前复合加工设备的发展趋势是：工艺范围大、效率高、大型化、模块化。航空产业作为先进制造技术在航空产业中占有举足轻重的地位。将会逐步由流程化、柔性化的自动化设备取代，从而为复杂工艺技术的发展和应用空间提供了更加广阔的发展和应用空间。

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