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摘 要：本文论述了需多工位加工的零件如何利用四轴加工中心进行快速装夹固定，且能保证其较高的位置精度，并能很好提高加工效率的加工方法。
关键词：定向加工 多工位 四轴加工 快速装夹
我校校企合作公司来料加工一批轴套零件，由于加工批量比较大，加工位置精度要求較高，使用常用的三轴加工中心加工需要多次装夹，精度难以保证，并且效率较低，故此次加工使用四轴加工中心进行加工。
一、零件的工艺分析
如图1所示的轴套，底座为45×45×10mm四方台，且四方台3侧面都有小圆孔，零件中间圆柱凸台直径为￠36mm，高度为31mm，凸台顶部分布有对称槽宽度8mm，圆柱面上有3个￠120度均布的直径为￠8mm孔，且位置精度要求较高，零件整体都以圆柱中心为基准；内部直径￠21mm的孔用于与轴承配合，对尺寸精度与表面质量都有较高的要求。零件每个面都需要加工，如果采用普通加方法进行加工，则需要多次定位装夹，影响加工精度，且加工效率低下。通过以上工艺分析，本次加工决定采用四轴加工中心加工，能减少装夹次数，提高加工精度。本次加工采用的四轴加工中心的第四个旋转轴A轴是安装在与X轴轴线平行的工作台面上的，在加工时由零件各个加工面围绕A轴旋转到指定角进行加工。通过设计专用的夹具把零件安装定位到A轴上，同时保证零件与A轴线平行，通过基准面进行校正。为了节省用料，本次加工采用50mm×50mm×45mm的方料。由于零件以圆柱轴线为定位基准，在四轴上加工时可利用内部21mm孔来进行装夹定位。
二、夹具部分
1.夹具原理。如图2所示夹具，首先将夹具主体定位芯棒安装到机床三爪卡盘上，并用百分表校正跳动至0.02以内再进行夹紧，通过定位板上键槽，将定位板安装到夹具主体上，并确定位置；定位板上有 4个￠10-0.01 -0.02高度3mm的凸台，分别与零件底部4个均布￠10+0.02 0深度6mm沉头孔配合定位。夹具主体通过￠21-0.01 -0.02圆柱与毛坯利用零件中间预加工孔￠10+0.02 0配合，夹具主体穿过毛坯预加工孔后，通过垫片和M20螺母压紧，达到装夹零件的目的，加工完成后，只需松开M20螺母，便可将工作拆下，进行下一次加工。
2.零件的装夹。预先按图纸要求将零件底部加工出来，通过零件底部沉头孔、中心孔与夹具配合定位装夹零件。然后用百分表校正零件45mm×41mm平面Y方向的直线度，通过四轴的旋转进行调节，跳动至0.02以内，并将第四轴坐标系中心点设为加工的原点坐标。如图2所示
三、加工部分
1.三轴部分加工。先在三轴加工中心按零件图纸要求加工出零件底部形状。首先直接把毛坯50mm×50mm×45mm装夹到机床台虎钳上，校正平面，采用分中法对刀，以顶面中心点为加工原点。加工采用软件《Mastercam9.1》编程。（1）用￠16的平铣刀将顶面铣平。（2）用￠16的平铣刀加工外形45mm×45mm至尺寸要求，保证尺寸精度。（3）然后用￠16平铣刀铣加工孔￠25+0.02 0深5mm、￠21+0.02 0，保证孔的精度。（4）用￠5.8钻头加工孔￠6+0.02 0至11mm深，并且进行精铰，保证孔的精度。（5）用￠8平铣刀加工孔￠10+0.02 0至6mm深，保证孔的精度。
2.四轴部分加工。首先将在三轴加工中心上完成底部加工的零件，按照装夹要求安装到机床第四轴夹具上，并进行校正，坐标系设定。
2.1零件0度顶面的加工。零件装夹完后利用四轴进行定向加工，首先加工外圆柱面。用软件 《Mastercam9.1》进行编程。（1）用￠8的平底刀对外圆柱面进行曲面粗加工。（2）用￠4的球头刀对外圆柱面进行曲面精加工。 （3）用￠6的平底刀加工8mm槽，达到精度要求。（4）用￠4的钻头加工，并进行精铰与倒角刀加工。
2.2零件180度底面的加工。将第四轴旋转180度进行底面的外圆柱面加工，加工程序参考顶面加工。（1）用￠8的平底刀对外圆柱面进行曲面粗加工。（2）用R1的球头刀对外圆柱面进行曲面精刀加工。 （3）用￠6的平底刀加工8mm槽，达到精度要求。（4）用￠4的钻头加工，并进行精铰与倒角刀加工。
2.3零件的90度侧面的加工。将第四轴旋转90度进行侧面的定向加工。（1）用￠6的平底刀加工￠8+0.02 0孔，并进行精铰，保证精度。（下面相同）（2）用￠2的钻头、￠4的平底刀加工沉头孔，并进行精铰与倒角刀加工。
2.4外圆柱面上￠8+0.02 0mm的均布孔加工、依次将四轴旋转120度，参照以上（3.1）加工程序，分别加工外圆柱面上￠8+0.02 0mm的均布孔。
2.5零件的270度侧面的加工。将四轴旋转至270度，参照以上（3.2）加工程序，加工沉头孔。
加工完成最终效果如图3.
2.6下一个零件的加工。第一个零件加工完成后，只需松开M20锁紧螺母，便可将零件拆下，将下一个毛坯装上，便可进行下一个零件的加工，不用拆夹具主体，可重复定位，提高加工效率，减少了加工工时。
四、结语
通过实际加工生产，该零件的加工工艺、夹具设计解决了在三轴数控铣床上加工时，出现的反复装夹定位且难以保证零件凹槽和孔的定位精度、工件在加工过程中易发生误差的现象。在保证了零件的加工质量的同时，并提高了装夹速度，对刀找正方便、夹具整体刚性好，提高了生产效率。
参考文献：
[1]编委会《机械加工工艺装备设计手册》机械工业出版社。1998年1月 第一版.
[2]郭仁生、魏宣燕主编《机械设计基础》，清华大学出版社。2001年7月第一版.
[3]薛源顺主编《机床夹具设计》机械工业出版社2010年7月第二版.
关键词：定向加工 多工位 四轴加工 快速装夹
我校校企合作公司来料加工一批轴套零件，由于加工批量比较大，加工位置精度要求較高，使用常用的三轴加工中心加工需要多次装夹，精度难以保证，并且效率较低，故此次加工使用四轴加工中心进行加工。
一、零件的工艺分析
如图1所示的轴套，底座为45×45×10mm四方台，且四方台3侧面都有小圆孔，零件中间圆柱凸台直径为￠36mm，高度为31mm，凸台顶部分布有对称槽宽度8mm，圆柱面上有3个￠120度均布的直径为￠8mm孔，且位置精度要求较高，零件整体都以圆柱中心为基准；内部直径￠21mm的孔用于与轴承配合，对尺寸精度与表面质量都有较高的要求。零件每个面都需要加工，如果采用普通加方法进行加工，则需要多次定位装夹，影响加工精度，且加工效率低下。通过以上工艺分析，本次加工决定采用四轴加工中心加工，能减少装夹次数，提高加工精度。本次加工采用的四轴加工中心的第四个旋转轴A轴是安装在与X轴轴线平行的工作台面上的，在加工时由零件各个加工面围绕A轴旋转到指定角进行加工。通过设计专用的夹具把零件安装定位到A轴上，同时保证零件与A轴线平行，通过基准面进行校正。为了节省用料，本次加工采用50mm×50mm×45mm的方料。由于零件以圆柱轴线为定位基准，在四轴上加工时可利用内部21mm孔来进行装夹定位。
二、夹具部分
1.夹具原理。如图2所示夹具，首先将夹具主体定位芯棒安装到机床三爪卡盘上，并用百分表校正跳动至0.02以内再进行夹紧，通过定位板上键槽，将定位板安装到夹具主体上，并确定位置；定位板上有 4个￠10-0.01 -0.02高度3mm的凸台，分别与零件底部4个均布￠10+0.02 0深度6mm沉头孔配合定位。夹具主体通过￠21-0.01 -0.02圆柱与毛坯利用零件中间预加工孔￠10+0.02 0配合，夹具主体穿过毛坯预加工孔后，通过垫片和M20螺母压紧，达到装夹零件的目的，加工完成后，只需松开M20螺母，便可将工作拆下，进行下一次加工。
2.零件的装夹。预先按图纸要求将零件底部加工出来，通过零件底部沉头孔、中心孔与夹具配合定位装夹零件。然后用百分表校正零件45mm×41mm平面Y方向的直线度，通过四轴的旋转进行调节，跳动至0.02以内，并将第四轴坐标系中心点设为加工的原点坐标。如图2所示
三、加工部分
1.三轴部分加工。先在三轴加工中心按零件图纸要求加工出零件底部形状。首先直接把毛坯50mm×50mm×45mm装夹到机床台虎钳上，校正平面，采用分中法对刀，以顶面中心点为加工原点。加工采用软件《Mastercam9.1》编程。（1）用￠16的平铣刀将顶面铣平。（2）用￠16的平铣刀加工外形45mm×45mm至尺寸要求，保证尺寸精度。（3）然后用￠16平铣刀铣加工孔￠25+0.02 0深5mm、￠21+0.02 0，保证孔的精度。（4）用￠5.8钻头加工孔￠6+0.02 0至11mm深，并且进行精铰，保证孔的精度。（5）用￠8平铣刀加工孔￠10+0.02 0至6mm深，保证孔的精度。
2.四轴部分加工。首先将在三轴加工中心上完成底部加工的零件，按照装夹要求安装到机床第四轴夹具上，并进行校正，坐标系设定。
2.1零件0度顶面的加工。零件装夹完后利用四轴进行定向加工，首先加工外圆柱面。用软件 《Mastercam9.1》进行编程。（1）用￠8的平底刀对外圆柱面进行曲面粗加工。（2）用￠4的球头刀对外圆柱面进行曲面精加工。 （3）用￠6的平底刀加工8mm槽，达到精度要求。（4）用￠4的钻头加工，并进行精铰与倒角刀加工。
2.2零件180度底面的加工。将第四轴旋转180度进行底面的外圆柱面加工，加工程序参考顶面加工。（1）用￠8的平底刀对外圆柱面进行曲面粗加工。（2）用R1的球头刀对外圆柱面进行曲面精刀加工。 （3）用￠6的平底刀加工8mm槽，达到精度要求。（4）用￠4的钻头加工，并进行精铰与倒角刀加工。
2.3零件的90度侧面的加工。将第四轴旋转90度进行侧面的定向加工。（1）用￠6的平底刀加工￠8+0.02 0孔，并进行精铰，保证精度。（下面相同）（2）用￠2的钻头、￠4的平底刀加工沉头孔，并进行精铰与倒角刀加工。
2.4外圆柱面上￠8+0.02 0mm的均布孔加工、依次将四轴旋转120度，参照以上（3.1）加工程序，分别加工外圆柱面上￠8+0.02 0mm的均布孔。
2.5零件的270度侧面的加工。将四轴旋转至270度，参照以上（3.2）加工程序，加工沉头孔。
加工完成最终效果如图3.
2.6下一个零件的加工。第一个零件加工完成后，只需松开M20锁紧螺母，便可将零件拆下，将下一个毛坯装上，便可进行下一个零件的加工，不用拆夹具主体，可重复定位，提高加工效率，减少了加工工时。
四、结语
通过实际加工生产，该零件的加工工艺、夹具设计解决了在三轴数控铣床上加工时，出现的反复装夹定位且难以保证零件凹槽和孔的定位精度、工件在加工过程中易发生误差的现象。在保证了零件的加工质量的同时，并提高了装夹速度，对刀找正方便、夹具整体刚性好，提高了生产效率。
参考文献：
[1]编委会《机械加工工艺装备设计手册》机械工业出版社。1998年1月 第一版.
[2]郭仁生、魏宣燕主编《机械设计基础》，清华大学出版社。2001年7月第一版.
[3]薛源顺主编《机床夹具设计》机械工业出版社2010年7月第二版.