在机加工中，工序分散给加工带来了不少难题，主要在于多工序下的精度控制，重复装夹、调试、检测等各项因素叠加以后，往往造成工件尺寸不稳定，交付时间也变长。车铣复合加工中心相当于一台数控车床和一台加工中心的复合，利用此特性结合加工路径优化，恰好解决这些问题。接下来，我们用案例来说明复合加工是如何解决这些问题的。

零件的结构及设计要求

液冷系列密封块结构见图1所示，材质有不锈钢和铝合金两种，密封块是整套产品中核心部件，尺寸精细、结构紧凑，几乎所有尺寸都是与其它工件配合尺寸，标星及加G尺寸尤为关键，不允许超差。(尺寸公差几乎都是0.03mm以内，关键件隐去公差)

图 1 液冷系列密封块结构图

原装夹、工艺方案分析

根据零件的结构特征，最初工艺方案采取加长尾部30mm，作为4轴加工中心(立式、A轴转头)装夹部位，四轴加工中心加工3处曲面，最后数控车装夹2.02环槽，车掉加长部位，平面保总长，工艺安排如表1所示。

表 1 改进前工艺路线

原工艺方案问题分析

经实际加工验证，原来的工艺方案存在以下几点不足：

◆四轴加工中心加工曲面时，因装夹误差及A轴自身误差造成的工件圆跳动无法避免。装夹工件时，要求每件活都用百分表找正圆跳动，跳动控制在0.02mm以内，但由于工件在切削过程中受力及装夹本身存在的误差，会造成铣伤外形或相关尺寸超差，经常出现3个曲面尺寸不一致。

图2

◆最后一道工序平端面时，因加持部位较小，稳定性差，平面后台阶厚度不一致，造成端面平面度尺寸超差。

◆加工效率低。后面两道工序每次加工时，装夹、找正的时间远远多于产品加工时间，因加工不稳定，无论是工人还是检验员都要花费大量时间测量尺寸、挑选不合格品，造成加工效率极低。

◆因材料加长的长度都超过工件本身的长度，造成原材料极大浪费。

新工艺方案设计

从零件的结构特点和加工精度综合分析，原工艺方案中出现的各种问题，总结起来都是因为多次装夹、定位有误差造成的，假如该零件可以安排在车削中心一次加工完成，就不会产生定位误差，但车削中心加工需要解决两个难题。

(1)机床本身最少要具有四轴以上联动功能，且机床加工精度要能保证0.005mm以内。

图3 车铣复合加工

(2)解决车铣复合加工编程问题，特别是曲面加工及多轴联动加工，以前车间车削中心以三轴动力刀塔式为主，手工编程基本能满足要求，没有涉及车铣软件编程这一领域，特别是曲面加工及多轴联动加工。

动力刀座

车铣复合机床上的多功能刀具系统，从毛坯到成品一次装夹！

软件方面，目前市面上专业的车铣复合加工软件不多，主要有Edagcam， Espritcam，GibbsCAM等几种，这里选择GibbsCAM软件作为车铣复合编程软件。

新工艺方案的实施

使用带Y轴的车铣复合机床可一次加工出工件所有外形、曲面，切断保总长，从而有效避免一切装夹定位误差，工件外形没有接刀痕，尺寸满足要求。为了确保误差出现，在加工中必须需要解决零件编程以下方面的几个核心难点。

难点一：粗铣去余量

如图4所示，该加工策略与常见加工中心软件编程粗加工几乎一样，有毛坯余量识别，干涉避让，加工后余量均匀，基本满足零件开粗要求。

图4

难点二：车铣曲面编程

如图5所示，GibbsCAM软件曲面加工策略丰富，加工过程定义简单，刀路轨迹简洁，车铣复合加工出的曲面与加工中心加工的曲面表面质量几乎一样。

图5

难点三：车铣多轴联动铣削

如图6所示，GibbsCAM软件有丰富多轴加工策略，刀轴定义多样，可满足车铣多轴多轴定位铣削与联动铣削。

图6

经实际验证，采用新方案加工出工件完全可行，车铣一道工序加工出工件所有外形，尺寸满足要求，加工效率提高40%，节省材料50%，图7为加工后效果图。

图7 新方案加工效果图

总的来说，新方案不仅解决了零件加工的精度与效率，更重要的是进一步将带Y轴车削中心加工能力进一步扩展，采用Y轴时，刀具可以通过整个表面横向移动生成一个真正的表面，加工效果与数控铣床相同，结合软件编程，这样就大大拓展了工艺加工能力，很多工件都可以采用带Y轴车削中心加工，不但可以保证加工质量，而且也会大大提升了效率。

图8 典型零件车铣加工方案

上述就是一个典型工件，原来工艺方案是在加工中心多次加工，现在使用车削中心结合软件编程，在车铣一道工序加工，不仅减少了工序，更好的保证了尺寸，并且加工效率提高20%以上，这充分证明工艺能力的拓展、提高，才是生产效率提升，保证产品质量的关键。

与常规数控加工工艺相比，复合加工具有的突出优势主要表现在以下几个方面。

（1）缩短产品制造工艺链，提高生产效率。车铣复合加工可以实现一次装卡完成全部或者大部分加工工序，从而大大缩短产品制造工艺链。这样一方面减少了由于装卡改变导致的生产辅助时间，同时也减少了工装卡具制造周期和等待时间，能够显著提高生产效率。

（2）减少装夹次数，提高加工精度。装卡次数的减少避免了由于定位基准转化而导致的误差积累。同时，车铣复合加工设备大都具有在线检测的功能，可以实现制造过程关键数据的在位检测和精度控制，从而提高产品的加工精度。

（3）减少占地面积，降低生产成本。虽然车铣复合加工设备的单台价格比较高，但由于制造工艺链的缩短和产品所需设备的减少，以及工装夹具数量、车间占地面积和设备维护费用的减少，能够有效降低总体固定资产的投资、生产运作和管理的成本。

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