Ｉ生 訇 化 论铣车复合加工的微小结构件工艺线路研究 Ｏｎ ｍｉｌｌ－ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ ｍｉｃｒｏ－ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ Ｉｉｎｅｓ 迟尧林 ＣＨＩ Ｙ＿ａ０一ｌｉｎ （山东科技职业学院，潍坊２６１０５３） 摘要：随着科技高速发展，铣车复合加工也遇到了新机遇与新挑战。在这种形势下，铣车复合加工必 须要探索新的工艺路线。相比之下，微小型的结构件加工尤为困难，目前使用微细切削加工工 艺表现出较好的成本优势与工艺优势。较多相关人士都在研究微小结构件的工艺路线，且取得 了不同程度的成绩。本文对上述几类结构件的加工过程和工艺特征进行分析，总结出了在加工 过程中工具的选用方法，并进行了铣车复合加工论述。 关键词：精密微细切削；加工工艺；微小结构件；复合加工 中图分类号：ＴＨ１６２ 文献标识码：Ｂ 文童编号：１００９—０１３４（２０１ ２）１０（上）－００５４－０５ Ｄｏｉ：１ ０．３９６９／Ｊ．ｉｓｓｎ．１ ００９－０１ ３４．２０１ ２．１ ０（Ｉ－）．１ ８
０引言 对于微型的机械结构或者机电系统，其整体 尺寸多数保持在厘米级别。因此需要采用微小结 构件装配组合。如今，小型系统发展与应用快速 推进，加大了微小结构件需求，产品量、材料种 类的多样性也在持续增加，其中更是提出了复杂、 异形和高强度的加工要求，对于起源于半导体集 成电路加工工艺的制作技术，在这些要求面前， 显得力不从心。而微细切削技术，则延续了传统 的加工工艺，具备更好的工艺和成本优势。 在加工微小型结构件时，大多数采取了数控 机床实施操作。由于其尺寸要求与常规零部件相 比更加微小，如果不对常规工艺进行改良，甚至 无法保证部件的尺寸要求。在这种形势下，就需 要进一步研究微小型的结构件加工工艺，探析其 工艺特征并进行分析与总结，然后根据这些要求 来选用刀具与机床。 １微小结构件的工艺特征分析 对于微小型的结构件而言，它的整体尺度都 十分小，普遍都属于毫米级别；其次，许多微小 结构件的自身结构也较为复杂，经常在局部存在 异形。一般情况下，都要按照对加工工艺提出的 要求特征进行分类，大体上可以分为轴类零件、 三维结构件、齿轮以及板类。事实上，不同分类 都具有自己独特工艺特征以及独自的加工方式。 对于三维结构件，它通常需要作为微小产品 的基础，在其上进行其他微小零件的安装，因此
它的结构更为复杂，加工难度大。具备较大的深 宽比，有多种台阶、薄壁和微孔，对于位置精度 要求也极高。所以当加工中需要用刀微小型的数 控机床，同时最好使用完整的加工工艺。典型的 三维结构件如图１所示。
图１三维微小型的结构件 对于轴类零件，在车削加工时，由于径向力 的作用，常常产生变形和翘尾，难以满足产品需 求。对此，采用由车削和铣削主轴共同作用的微 细车铣加工可以解决这个问题。这种加工方式由 于采用了多刃切削，其径向力更小，可以加工更 长的微细轴。图２中，将车削与车铣加工所得的 产品进行了比对，可以明显看出，车削加工的产 品产生了翘尾。 微小齿轮和板类构件相对而言较为简单，其 中板类构件以平面为主，可能具备台阶面和微孔 等细节，通常钻削和铣削足以满足其加工要求；
骰稿日期：２０１２－０６－０６ 作者简介：迟尧林（１９７１一），男，山东潍坊人，讲师，硕士，研究方向为机械设计与制造。
Ｉ５４】 第３４卷第１Ｏ期２０１２—１０（上） １违 ｌＩ８ 似 过更换刀具能够快速实现工艺路线的调整和改变， 完成小量多品种的加工工作。 ３微小结构件切削加工的工艺应用 当下，微型化和精密化的复杂结构零件广泛 应用，这些产品都需要通过微细加工的方法来完 成，而其中最经济和最实用的加工方法则是微细 切削加工。这种方法主要运用在金属零件的加工 过程中。 ３．１微小结构件切削加工实验设备及刀具 如前文提到的，微小结构件的加工设备依然 沿用了哈工大所研制的三轴微小型立式铣床。为 了保证工作的精度，在同一台机床上，平行和垂 直于车削主轴方向都配置了铣削和钻削主轴。
３．２微小结构件的加工工艺特点 微小型结构件，其加工过程特点是工序高度 集约化。为了保证精度，减少累计误差，完整加 工是必然的选择。对于同一个零件，其加工工序 尽量在同一台机床上使用尽量少的次数完成。通 过减少重定位和重装夹，不仅减少了工序转换所 占用的辅助时间，更减少了中间辅助环节，缩短 了生产链，极大地提高了生产效率；也降低了设 备和工作场地的需求，提升设备的利用率，从而 减少成本。最重要的是，采用这种方法，对于加 工质量也是一种保障。 ３．２．１微小结构件的结构特征 精密微细切削，这种工艺主要应用于细微结 构的零部件，高精度是最基础的要求。因此，需 要对所加工零件的结构和材质进行相应的了解。 与大尺寸零件相比，微小结构件在材质和应用等 方面都有自己的特点。 １）微小结构件的材质一般强度和硬度更高， 机械性能更好。主要由金属、合金等材料组成， 具有一定的耐腐蚀或耐磨等能力，在恶劣的条件 下亦能正常工作。 ２）结构上，三维立体结构是主要的结构特征， 长径比或者深宽比明显大于大尺寸部件。 ３）广泛应用于微小型机构和系统，需求量极 大，批量高效生产极有必要。因此，在加工精度 要求之下，还有批量化的问题。 ４）尺寸极小。微小型结构件的整体尺寸在毫 米或者厘米级，最细微的部分甚至要求有微米级。 且这些零件，使用常规方法难以加工。
５）空间和结构要求高。各部件之间常常存在 互相作用的关系。因此对位置和形状的精度要求 极高。但是，表面的粗糙度要求不一定高。 表２展示了微小结构件的特征指标。
表２微小结构件的特征 结构类型 轴、基座、薄片、薄壁结构 几何形式 回转体、平面、凸台、孔 零件材料 复合材料、金属材料、陶瓷材料 整体尺寸 《ｌｍｍ、１ＭＯｍｍ、ｃｍ 特种尺寸 最小槽宽、长径比 零件关系 装配、传动 加工精度 形状精度、表面精细度、位置精度 特殊要求 耐磨、高抗过载、耐高低温 生产量 单件、少量、大批量
３－２．２微小结构件的微细切削工艺要求 相对常规的工艺设计，微小结构件在工艺上 还要求考虑到诸多问题。 １）控制加工余量。在普通机床上进行预切割， 减＞＇Ｊ＇ｄＪｌ工余量。 ２）合理选择刀具和加工方法。经过了科学合 理选择之后，才能够实现最好的效果。 ３）集中使用刀具。工作台上的空间有限，能 够同时安装的刀座有限。但是同时，结构件的加 工过程中又涉及到多种刀具。因此，需要更好地 规划加工路线，遵循刀具集中应用的原则减少刀 具的使用数量。 ４）根据具体的零件确定走刀路线。不同的结 构件，都有各自的特点，不能一概而论。不合理 的走刀路线，不仅难以保障加工的精度，更可能 引发加工状态的突变。 ５）保证加工精度。在开始加工之前，应当通 过工艺试验得到工序中的工艺参数，从而保证工 艺能力。
３．３微小结构件的加工 工件材料、工艺参数和加工方式（装夹、定 位等），都会对微小结构件的加工质量产生影响。 具体而言，对于较大的零件坯料，容易产生加工 系统稳定性降低的问题；而对于较小的结构件， 本身将会导致安装刚性不足的问题。同时，不合 理的切削速度会影响表面质量。工件材质中的杂 质，进给量和切削厚度过小都会引发振动，减少
第３４卷第１Ｏ期２０１２—１０（上） Ｉ５７１ 刀具寿命且影响生产质量。 ４结论 总而言之，对于微小型结构件进行加工，和 常规尺寸的部件无论是在工艺特征、加工工艺、 定位以及刀具和机床选用等各个方面都有其不同 之处，因此这就需要依据各自的工艺特征选择相 对应机床以及装夹方式。在实际的加工过程中， 由于工件小，且受到机床空间的局限，加工方式 也会有一定的限制。对于小尺寸结构件，加工时 可能存在安装刚性不足的弱点，会影响加工的质 量和精度。不同的加工工艺参数，和工件材料的 性能都会对加工质量产生较大影响。总体而言， 选用车铣加工中心，可以提高加工的精度和效率。 通过调整加工工艺和走刀路线，对于加工的结果 也会产生影响。
参考文献： 【１】袁哲俊，王先逵．精密与超精密加工技术【Ｍ】．北京：机械 工业出版社，１９９９，１０． 【２】孙雅洲．微小型机床及微细铣削加工技术研究【Ｄ】．哈尔 滨：哈尔滨工业大学，２００５． 【３］贾宝闲，王振龙，赵万生．微细切削加工和微机械制造【Ｊ】． 机械制造，２００３，４１（４６８）：７—９．
［４］４杨江河，程继学．精密加工实用技术［Ｍ】．北京：机械工业 出版社，２００５，５． 【５】刘志兵，王西彬，解丽静，等．微小型结构件的微细切削 技术【Ｊ］．工具技术，２００８，４２：１９－２３． 【６】石文天．微细切削的基础理论和工艺方法研究【Ｄ】．北京： 北京理工大学，２００９． 【７】石文天，刘玉德，王西彬，等．微细铣削表面粗糙度预测 与试验［Ｊ】．农业机械学报，２０１０，４１（１）：２１ １－２１５． ［８】朱学超，张道德．微型发动机气缸车铣复合加工工艺研 究［Ｊ】＿机械制造与自动化，２０１１，（０２）． 【９】高升．复杂薄壁零件在车铣复合加工中的工艺分析【Ｊ］． 职业，２０１１，（０５）． 【１０】李贺．ＧｉｂｂｓＣＡＭ软件编程在车铣复合加工中的应用【Ｊ】． 制造技术与机床，２０１ １，（０４）． 【１ １】颜克辉，孔祥志，罗志久，李鹏．车铣复合加工中心的Ｙ轴 实现形式及加工对象［Ｊ】．制造技术与机床，２０１ １，（０３）． 【ｌ２】陈艺邦．ＧｉｂｂｓＣＡＭ软件中叶片的车铣复合加工【ＪＪ＿制造 技术与机床，２０１ １，（０２）． 【１３］张志军，李瑞．大型曲轴车铣机床伺服进给系统设计研 究［Ｊ］．制造技术与机床，２０１ １，（Ｏ１）． 【１４】苏字锋，袁文信，刘德平，汪玉平．高速车铣复合加工中 心床鞍的热态特性分析［Ｊ］．组合机床与自动化加工技 术，２０１１，（０４）． 【ｌ５】马超，马雅丽，赵宏安，王德伦．ＶＨＴ８００立式车铣加工中 心立柱结构静动态优化及轻量化设计【Ｊ】．组合机床与自 动化加工技术，２０１ １，（０３）．
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离测度表征曲线间的距离相似，并考虑复杂生产 过程受不同工艺参数不同程度的影响，以及工艺 历程不同阶段的不同影响，建立适合于复杂生产 的过程工艺曲线相似性综合分析模型。应用表明， 研究模型能够用于复杂过程曲线的相似度分析。
参考文献： ［１］Ｂｒｏｓｉｌｏｗ Ｃ．Ｉｎｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．ＡＩＣｈＥ．Ｊ．， １９７８，２４（３）：４８５—５０９． ［２】Ｍａｃｖｏｙ Ｔ Ｊ．Ｃｏｎｔｅｍｐｌａｔｉｖｅ ｓｔａｎｃｅ ｆｏｒ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ［Ｊ］．Ａｕｔｏｍａｔｉｃ，１９９２，２８（２）：４４１—４４２． ［３】Ｍｉｎｇ Ｔ Ｔｈａｍ，Ｇａｒｙ Ａ Ｍｏｎｔａｇｕｅ，ｅｔ ａ１．Ｓｏｆｔ—ｓｅｎｓｏｒ ｆｏｒ ｐｒｏｃｅｓｓ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ［Ｊ】．Ｊ．ｐｒｏｃ．Ｃｏｎｔ， １９９１，ｌ（１）：３－１４． ［４】Ｈ．Ａｌｔ，Ｃ．Ｋｎａｕｅｒ，Ｃ．Ｗｅｎｋ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｏｒ ｐｌａｎａｒ ｃｕｒｖｅｓ．Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｃａ，３８（１）：４５－５８，