【摘 要】本文以正方体镂空零件为例，它是一个抽象让人疑惑艺术工艺品。结合零件的结构特点与加工难点对零件进行了详细的工艺分析，并选用了通用夹具中的三爪卡盘、四爪卡盘和设计制造相应辅助夹具的元件，制定了较合理的加工方法、装夹方式、使用刀具、切削用量等方案，完成了工件的加工，并解决了普通装夹中出现的问题，为车床加工提供参考。
【关键词】卧式车床、工艺分析、零件装夹
前言：
在车床切削加工中，工艺分析和工艺设计及零件的装夹是至关重要的，无论是普通车床加工还是数控车床加工，在加工前都要对所加工零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择加工设备、刀具、夹具，确定切削用量，安排加工顺序，制定走刀路线等。在车削过程中，还要对一些工艺问题（如车床所承受的刚性，最大零件加工范围，零件及刀具伸出长短的装夹等）做相应处理。因此车床切削加工中的工艺分析和工艺设计及零件的装夹是一项十分重要的工作。随着机床制造工业的日益发展，对各类车床不断的进行改型和改进，设计和制造出很多新型车床，它们都具有性能优越、结构先进、操作方便、外型美观等特点。如立式数控车床、车铣复合机床等。而在车床加工的工件中，一般以回转体为主，在不规则的零件加工需要使用一些可调夹具（如花盘、多抓卡盘等），这样既能完成零件的加工，又可保证加工精度。而我们学校数控实训中心所使用的却是车床C6140A和C6132A，配有常用的三爪自定心卡盘，利用这些机床的夹具去装夹非圆柱面的零件，就需要进行针对加工要点进行装夹或工件的特点设计相应夹具，其中使用相应的夹具装夹工件进行加工时，能够解决装夹问题，有效地减少工件的装夹误差，提高了加工精度。为此，本人以正方体镂空零件为例，利用现有卧式车床设备，探讨加工该零件的工艺方案，确定了该零件的加工方法、装夹方式、定位基准、刀具几何参数、切削用量、装夹设计、加工顺序安排等。
一、零件特点
正方体镂空就是外观是个正方体P，在此正方体内还有个正方体Q。正方体Q在正方体P内能不同方位任何角度自如转动且取不出来。由于形状上和双固体的特殊性，装夹、定位等因素的影响。给加工带来了很多困难。
二、零件的工艺分析
本文以一个较小正方体的零件的加工作为案例。如图1所示，零件材料为 φ60x45mm铝料，首先要对其进行零件分析外形设计，从工件的装夹（辅助夹具元件的设计加工）、刀具几何参数、切削用量、工艺路线分析等方面进行综合考虑，实践证明，有效提高了零件的精度，保证了加工可行性和加工质量。
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图1
1、图样及加工难点分析：
（1）图样分析：该零件外轮廓是一个40x40x40的正方体，内轮廓轮廓由正方体6个面均挖6个深4mmφ30的内孔和深7mm（宽3mm）φ36.8的内沟槽、26x26x26正方体和该方体6面中心均钻φ12的通孔、相应倒棱和倒角组成，详细如图2中a图和b图三维分析。
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图2
（2）加工难点分析：
工件为正方体，所以面与临面要垂直、面与对面要平行。既要考虑如何保证工件加工时的定位精度，又要考虑装夹方便、可靠，而我们通常都是用三爪卡盘夹持外圆或撑内孔的装夹方法来加工，但此零件是由圆棒料加工成方的，为了节约找正装夹浪费的时间，因此要充分考虑如何装夹定位的问题。
加工最后一个φ30内孔和φ36.8内沟槽时，保证内正方体（内正方体与外正方体分离）固定不动，能继续维持后面的加工和保证精度。
2、合理选择车刀的材料和刀具的几何参数
工件在车床上加工，主要靠车刀的切削作用，因此，车刀的好坏，是直接影响到工件加工后质量好坏的主要因素。
（1）车刀材料的选择
由于本零件选用的材料为普通硬铝，具有较强的塑性，首先考虑耐冲击而锋利的钨钼系高速钢刀W6Mo5CrV2，这种合金抗黏性比较好，能有效防止扎刀，保护工件表面粗糙度。
(2)刀具的角度参数
端面车刀：为了抗冲击力和振动，车刀在刃磨是注意角度的参数，如图3所示。为了减少装换刀次数，粗精车为同一把刀，主偏角Kr85°左右。 副偏角Kˊr为10°左右，借助主偏角Kr的增大，副偏角Kˊr减小，可以减轻切削的振动，同时也提高加工工件的光洁度。刀尖圆弧半径r0.2mm左右，至于刀尖的圆角半径还是小一些的好，当刀尖圆角半径大时，切削力与切削热量均将增加，引起的黏刀，都不利于提高光洁度。前角r0一般在25°，塑性材料较难排屑，增大前角，方便排屑。主副后角a0均为6°左右，为了增加刀具刚性，不宜过大，刃倾角为正2°，使屑料往待加工表面排，避免刮换已加工表面，刃宽度为0.15mm，切削刃表面粗糙度要求在Ra0.4以下。
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图3
端面槽刀（内孔刀兼用）：为了抗冲击力和振动，车刀在刃磨是注意角度的参数，如图4所示。为了减少装换刀次数，粗精车为同一把刀，主偏角Kr0°， 副偏角Kˊr为1.5°，前角r0和端面车刀一样在25°，刀尖圆弧半径r0.2mm左右，至于刀尖的圆角半径还是小一些的好，当刀尖圆角半径大时，切削力与切削热量均将增加，引起的黏刀，都不利于提高光洁度。塑性材料较难排屑，增大前角，方便排屑。主后角a0均为30°左右，小于待加工内孔半径切面角。
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图4
3、零件装夹设计分析
（1）对圆柱坯料的装夹：如图5所示，零件中可以看到零件是在三爪自定心卡盘上装夹（不选用四爪卡盘装夹，是为了方便下一步三爪夹住夹套加工，减少轮换三爪卡盘和四爪卡盘次数，节约加工时间），利用三个爪的夹紧力夹紧圆柱棒料分别均匀粗车削4个圆面〖厚度（60-40）/2=10mm〗形成正方体。
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图5 图6 图7
（2）对夹套设计：如图6所示，根据正方体边长得知圈套内孔设计加工为
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≈56.6mm，壁厚为3.5mm的圈套，为了装夹方体作准备，如图7 所示。
（3）分离夹紧定位装置设计：图8所示。
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图8
元件分解如下：
图9所示，是一个小台阶轴，为了定位夹紧26x26x26的小正方体。
设计要求：台阶小于圆直径小于零件内孔φ30mm，台阶长度等于零件深度7mm，台阶大圆小于零件长度40mm。
图10所示，是一块长板，为了定位夹紧40x40x40的小正方体。
设计要求：长度略小于零件长度40mm，两边平行光滑。
图11所示，是一块开了4个卡爪口定位圆板，其作用：方便卡爪松开、夹紧和平面定位，最后装夹加工的平面和内孔。
设计要求：两边平行光滑，厚度不易过厚，约5~7mm。
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图9 图10 图11
4、切削用量的选择
根据金属切削原理得知:背吃刀量ap，进给量f，切削速度V是切削用量的三个要素。粗加工时，背吃刀量和进给量可以取大些;精加工时，背吃刀量一般在0.2-0.5 mm,进给量一般在0.05-0.15 mm/r,甚至更小，切削速度60-120mm/min,精车时用尽量高的切削速度，但不易过高。根据切削用量的选用原则，合理的确定车床的各项切削参数：
（1） 端面加工（圆面加工成平面）：
粗车：主轴转速s=500~600r/min，进给速度f=0.25~0.3mm/r，背吃刀量ap=4mm，留精车余量0.2~0.3mm。
精车：主轴转速s=800~1000r/min，进给速度f=0.05~0.1mm/r，背吃刀量ap=粗车余量。
（2）钻孔：主轴转速s=500r/min，进给速度f=0.3~0.5mm/r，背吃刀量ap=6mm(钻头为φ12mm）。
扩孔：主轴转速s=360r/min，进给速度f=0.3~0.5mm/r，背吃刀量ap=7mm(钻头为φ28mm）。
（3）车孔、车内沟槽：
粗车：主轴转速s=360r/min，进给速度f=0.2~0.25mm/r，背吃刀量ap=3mm（刀头宽），留精车余量0.2~0.3mm。
精车：主轴转速s=500~600r/min，进给速度f=0.05~0.1mm/r，背吃刀量ap=粗车余量。
三、工艺路线
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四、合理浇注切削液
在车削塑性材料的工件和使用高速钢车刀切削时，必须浇注切削液冷却，这样利于加工的进行。
切削液有三大作用: 冷却、润滑、清洗。
冷却作用: 在工件切削加工过程中, 能及时而迅速的降低切削区的温度, 降低刀具和工件的温度, 从而延长刀具的使用寿命, 并能减少工件因受热变形而产生的尺寸误差。
润滑作用: 在切削加工中, 切削液能渗透到工件与刀具之间, 减少摩擦和粘结, 降低切削阻力, 保证切削质量, 延长刀具寿命。
洗涤作用: 润滑液能浸润到刀具与工件及其切屑之间, 使切屑或磨料粒子被冲洗而离开刀具和工件的加工区, 能减少切削刀具与工件间摩擦。
五、注意事项：
（1）使用三爪卡盘夹持不规则工件一定要装夹牢固，以防在车削时受力过大或振副过大飞出伤人；
（2）在车削时冷却液浇注到位，否则出现扎刀、烧刀的现象，对零件的表面粗糙度和精度都有影响。
（3）使用四爪卡盘夹持垫块和工件时，一定检查四个爪是否都夹紧，避免垫块和工件飞出伤人。
（4）正确的操作机床，保证安全文明生产。
六、结束语：
通过实际加工生产，以上措施较好地解决了两零件装夹的方法，减少了装夹校正的时间，减轻了操作者的劳动不必要时间，提高效率并保证加工后零件的质量。从实际的加工过程中我体验到了“创新是力量的源泉”。大胆的探索带给自己许多成就感和快乐。
参考文献：
[1]薛峰 主编 《车工工艺与技能训练》.机械工业出版社.2009年3月
[2]韩英树 编著《车工操作技能鉴定实战详解》.机械工业出版社.2011年4月
[3]华茂发 主编 《数控机床加工工艺》.机械工业出版社.2014年1月