顧佳超 徐恒斌 孟凡榮

摘 要：文章分析了微小型機(jī)械零件的常規(guī)加工方法存在的問題，根據(jù)微小型機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)特征，對零件的加工方法和加工工藝進(jìn)行研究，旨在保證微小型零件的加工精度及各種功能性要求。

關(guān)鍵詞：微小型機(jī)械零件；結(jié)構(gòu)特征；工藝研究

微小型機(jī)械零件是設(shè)備系統(tǒng)中的最小構(gòu)成單元，其幾何形狀特征與常規(guī)尺寸零件相同，由于目前用于微小型機(jī)械零件加工的常規(guī)加工方法存在諸多問題，因此為了保證微小型零件的加工精度及各種功能性要求，對微小型機(jī)械零件的加工方法與加工工藝的研究變得尤為重要。

1 微小型機(jī)械零件的類別

根據(jù)微小型機(jī)械零件的幾何特征，微小型機(jī)械零件主要包括微小型軸類零件，微小型三維結(jié)構(gòu)零件，微小型平板類零件及微小型齒輪類零件[1]。各類型微小型零件被廣泛應(yīng)用在不同的場合中。

1.1 微小型軸類零件

微小型軸類零件是微小型加工設(shè)備中經(jīng)常遇到的典型零件之一，微小型軸類零件主要用于支撐微小的傳動零部件以及傳遞扭轉(zhuǎn)力矩和承受外界施加的載荷等場合。從其功用角度出發(fā)，微小型軸類零件的加工要求具有高的回轉(zhuǎn)精度以及表面質(zhì)量，因此對微小型零件的加工研究變得日益重要。當(dāng)加工的微小型軸類零件具有較大的長徑比時，由于加工過程中無法采用頂尖支撐，切削時在徑向切削力的作用下極易使被加工的微小型軸類零件發(fā)生彎曲變形，造成被加工零件的翹尾現(xiàn)象。若加工的微小型軸類零件除了具有軸類零件所具有的典型特征之外，還具有微平面，微溝槽，微細(xì)孔等其他特征時，依靠單一的車削加工是無法完成這類微小型軸類零件加工的，需要配合其他加工方式。

1.2 微小型三維結(jié)構(gòu)零件

微小型三維結(jié)構(gòu)零件的結(jié)構(gòu)特征相對較為復(fù)雜，并不是只具有簡單的回轉(zhuǎn)類以及平面類特征。由于其結(jié)構(gòu)特征的復(fù)雜性以及零件本身所特有的工藝特征，加大了零件加工的難度。加工過程中需要根據(jù)零件自身的工藝特點，合理地安排加工工藝，并選擇尺寸相對較小，精度高，柔性好的微小型加工設(shè)備進(jìn)行加工[2]。

1.3 微小型平板類零件以及齒輪類零件

微小型板類零件的主要結(jié)構(gòu)特征是平面，除此之外還包括一些其他的結(jié)構(gòu)特征，如臺階面，微型孔，微型槽及不規(guī)則的輪廓表面等。與微小型三維結(jié)構(gòu)零件相比，微小型平板類零件的結(jié)構(gòu)相對簡單，加工方式相對單一，應(yīng)用微細(xì)銑削和微細(xì)鉆削加工技術(shù)即可滿足這類零件的技術(shù)要求，完成微小型板類零件的加工。若微小型板類零件的厚度較薄時，加工時需要考慮零件的裝夾方式，防止裝夾時微型夾具對零件的作用力過大，使零件發(fā)生形變。微小型齒輪加工的難點及重點是其齒形的加工，齒形的加工精度直接關(guān)系到齒輪之間的嚙合精度及裝配之后的使用效果。目前，主要有微細(xì)成形銑削及微細(xì)滾削這兩種微細(xì)切削加工方法用于微小型齒輪的加工。在應(yīng)用微細(xì)成形銑削的加工方法加工微小型齒輪的過程中，成形刀具本身的制造精度對微小型齒輪的加工精度影響較大，同時由于加工系統(tǒng)的剛性和零件的裝夾方式及系統(tǒng)的振動的影響，使加工完成的輪齒齒廓的形狀誤差較大，齒形明顯失真。與微細(xì)成形銑削加工相比，微細(xì)滾削加工方法是基于范成法的成形工藝，加工過程中，滾削刀具的多個切削刃對工件進(jìn)行連續(xù)切削，在加工效率與加工質(zhì)量方面都要比微細(xì)成形銑削的加工方法高。

2 微小型機(jī)械零件的加工方法

微小型零件的加工方法包括基于半導(dǎo)體的制造工藝技術(shù)、LIGA及準(zhǔn)LIGA技術(shù)和應(yīng)用常規(guī)的精密機(jī)床對微小型機(jī)械零件進(jìn)行加工的方法以及目前處于重點研究的使用微小型加工設(shè)備進(jìn)行微小型零件加工的微細(xì)切削加工等技術(shù)?；诎雽?dǎo)體的制造工藝技術(shù)加工材料較為單一，且加工出的微小型零件的應(yīng)用領(lǐng)域多為電子領(lǐng)域。LIGA及準(zhǔn)LIGA技術(shù)加工出的微小型零件結(jié)構(gòu)簡單，多為二維或準(zhǔn)三維微小型機(jī)械零件，且加工設(shè)備較昂貴。應(yīng)用常規(guī)的精密機(jī)床進(jìn)行微小型零件的加工存在著占用空間大，加工效率低，能源消耗大，資源浪費(fèi)嚴(yán)重等問題。使用微小型加工設(shè)備進(jìn)行微小型零件加工的微細(xì)切削加工技術(shù)加工材料廣泛，可加工結(jié)構(gòu)復(fù)雜的精密三維微小型機(jī)械零件，并能避免上述加工方法存在的問題，是微小型零件加工技術(shù)的研究重點[3]。

微細(xì)切削加工技術(shù)主要有微細(xì)車削加工，微細(xì)銑削加工，微細(xì)磨削加工等。與常規(guī)切削加工技術(shù)相比，微細(xì)切削加工技術(shù)的切削用量極小，且由于微小型零件的整體尺寸較小，微細(xì)切削加工過程中若依然采用常規(guī)尺度零件切削加工工藝，將無法滿足加工精度。極小的切削用量要求加工設(shè)備要具有極高的的進(jìn)給精度及定位精度和主軸回轉(zhuǎn)精度。微細(xì)車削主要用于微小型軸類零件的圓柱面，端面等表面特征的加工。微細(xì)銑削主要用于加工微小型零件的平面，溝槽及復(fù)雜的表面等[4]。目前微小型平板類零件加工主要依靠微細(xì)銑削的加工技術(shù)完成。微細(xì)鉆削主要用于微小型零件上微細(xì)孔的加工，加工孔徑受到鉆頭的制約。微細(xì)磨削主要用于表面精度要求極高的微小型零件的加工，是一項重要的微細(xì)切削加工技術(shù)。

3 微小型機(jī)械零件的工藝分析

微小型機(jī)械零件的整體尺寸小，加工精度及表面質(zhì)量要求高，因此微小型機(jī)械零件的加工工藝的制定難于常規(guī)尺度零件的加工工藝。根據(jù)微小型機(jī)械零件的幾何特征可大致確定其應(yīng)包含的加工工藝。若零件具有圓柱面、端面等回轉(zhuǎn)類特征，則這類零件應(yīng)包含車削工藝。若零件具有平面、微溝槽、微細(xì)孔等結(jié)構(gòu)特征，則這類零件應(yīng)包含銑削工藝或鉆削工藝。在微小型機(jī)械零件的加工過程中，考慮到零件易發(fā)生變形，加工精度高及加工效率等方面，微小型機(jī)械零件的加工工藝的制定應(yīng)著重考慮以下幾點。

3.1 先粗后精的加工原則

在微小型機(jī)械零件的加工過程中，優(yōu)先安排粗加工工序，待粗加工工序全部完成之后在安排對零件進(jìn)行半精加工與精加工的工序[5]。粗加工過程中，在保證系統(tǒng)剛度的情況下，盡可能的選擇直徑較大的微細(xì)切削刀具，較大的進(jìn)給量，背吃刀量及切削速度，減少刀具切削次數(shù)，去除大部分加工余量，縮短零件加工時間，提高加工效率。待對零件的粗加工工序完成之后，需要間隔一定的時間再安排零件的精加工工序，這樣做的目的是使粗加工工序完成之后零件所發(fā)生的變形能夠得到一定程度的恢復(fù)，進(jìn)而使零件的加工精度得到一定的提高。

3.2 最少的調(diào)用刀具及附件

在微小型機(jī)械零件的加工過程中，由于零件幾何特征的不同，往往要涉及到車、銑、鉆等不同種類的刀具，而工藝路線的優(yōu)劣在很大程度上受到使用的刀具順序的影響，因此應(yīng)盡可能的減少刀具的使用，以減少刀具在安裝過程中帶來的累積誤差，同一把刀具在使用過程中，應(yīng)用其加工盡可能多的工件表面，并減少其在機(jī)床上安裝于調(diào)整的次數(shù)。加工過程中對于附件的使用，也應(yīng)遵循最少調(diào)用的原則，在附件的一次調(diào)用中，應(yīng)使其最大限度的進(jìn)行加工。

3.3 減少工件裝夾次數(shù)

由于微小型零件具有不同的幾何特征，往往需要對其進(jìn)行多次的裝夾才能最終完成零件的加工。微小型零件的尺寸微小，多的裝夾次數(shù)費(fèi)時費(fèi)力，并且多次的裝夾會產(chǎn)生誤差，影響零件的加工精度，所以應(yīng)盡可能地在一次裝夾過程中完成工件所有表面的加工，提高工件的加工精度。

4 結(jié)束語

文章針對微小型機(jī)械零件的常規(guī)加工方法存在的諸多問題，根據(jù)微小型機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)特征，對其加工方法和加工工藝進(jìn)行研究分析，目的是為了保證微小型零件的加工精度及各種功能性要求。

參考文獻(xiàn)

[1]石文天.微小型零件的微細(xì)切削加工工藝研究[J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2010，5.

[2]石文天.基于車銑復(fù)合加工的微小型結(jié)構(gòu)件工藝研究[J].制造業(yè)自動化，2011，33（8）.

[3]李曉舟，于化東，許金凱，等.微切削加工中切削力的理論與實踐[J].光學(xué)精密工程，2009，17（5）：1086-1092.

[4]賈寶賢，王振龍，趙萬生.適用于微機(jī)械制造的常規(guī)加工方法[J].新技術(shù)新工藝，2003，8：19-22.

[5]王殿學(xué).基于制造特征模型的工藝設(shè)計[D].北京化工大學(xué)，2008.

作者簡介：顧佳超（1988-），男，助教，碩士，主要從事機(jī)械設(shè)計制造與自動化方面的教學(xué)科研工作。