軸類零件的數(shù)控車削工藝設計

牟小萍

摘?要：數(shù)控車削是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術，在加工軸類零件中應用廣泛。文章從數(shù)控車削的應用現(xiàn)狀入手，以軸類零件的數(shù)控車削加工為例，從軸類零件結(jié)構(gòu)特點、技術要求、表面加工方法的選擇、機床及輔助工具的選擇等方面，探討典型零件數(shù)控加工的工藝設計。

關鍵詞：數(shù)控技術;車削加工;加工工藝;數(shù)控編程

數(shù)控車削加工工藝是保證零件加工精度、提高零件加工效率、降低零件加工成本的重要手段，是機械加工的前期準備工作。加工工藝的制定是否科學合理、切實可行，對后續(xù)的加工環(huán)節(jié)起著至關重要的作用。通過分析軸類零件的結(jié)構(gòu)特點和技術要求，結(jié)合切削三要素的選擇原則，給出了典型軸類零件數(shù)控加工的工藝路線分析，對于提高產(chǎn)品加工質(zhì)量，指導企業(yè)實際生產(chǎn)具有借鑒意義。

一、數(shù)控車削技術的應用現(xiàn)狀

隨著電子信息技術的發(fā)展，數(shù)控機床已經(jīng)進入了以數(shù)字化制造技術為核心的機電一體化時代。車削作為機械加工的主要類型，在軸類、盤蓋類等零件加工時應用廣泛。車床和數(shù)控車床的種類繁多，數(shù)量約占所有機械加工的四分之一。例如，在航天工業(yè)，飛機機翼、機身、尾翼等和發(fā)動機零件的制造會用到各種型號的精密數(shù)控車床，在造船工業(yè)上會用到多種大型數(shù)控車床和車銑中心，在汽車制造業(yè)的發(fā)動機、曲軸、活塞缸、零配件等產(chǎn)品加工時會用到專用數(shù)控車床，在兵器制造業(yè)、發(fā)電設備行業(yè)、冶金設備行業(yè)以、工程機械、模具制造等行業(yè)，也需要用到大批數(shù)控車床、立式數(shù)控車床等。

二、軸類零件車削加工的工藝特點

1.軸類零件結(jié)構(gòu)特點

常見的機械零件，包括軸類、盤蓋類、叉架類、箱體類、薄壁類等多種類型。軸類零件是機械加工中常見的典型零件，主要作用是支撐軸和軸上的傳動件，傳遞運動和動力。按結(jié)構(gòu)形式的不同，軸類零件一般可分為光軸、階梯軸、曲軸、空心軸、凸輪軸以及各種絲杠類零件等，其主要加工表面通常包括內(nèi)外圓柱面、內(nèi)外圓錐面，以及內(nèi)外螺紋、鍵槽、退刀槽、階臺等。

2.軸類零件技術要求

技術要求是零件在使用中需要滿足的功能要求，也是設計者在設計圖紙和生產(chǎn)者在加工零件時的重要參照。根據(jù)功用和工作條件不同，軸類零件的技術要求主要包括尺寸精度、幾何形狀精度、相互位置精度、表面粗糙度等幾個方面，形位公差項目共14個。這些技術要求和參數(shù)，依據(jù)零件的使用功能、加工設備的精度和生產(chǎn)的經(jīng)濟性來確定，數(shù)控工藝員也用技術參數(shù)來確定工藝基準。

3.表面加工方法的選擇

軸類零件的表面加工可以分為粗加工、半精加工、精加工等不同的加工階段，每個加工階段所選擇的機床、采用的刀具和所起的作用都是不同的。以加工精度要求IT6的階梯軸為例，可以分為粗車、半精車、精車、磨削（磨削各處外圓和軸肩面）。粗車的目的是切除大部分余量，半精車是修整熱處理后的變形，精車是保證達到加工要求或為磨削加工做準備。精度要求高的外圓表面，精加工都是用磨削方法完成的。

4.機床及輔助工具的選擇

選擇數(shù)控車床的型號和參號，主要根據(jù)毛坯的材料和類型，零件輪廓形狀復雜程度、尺寸大小、加工精度、工件數(shù)量、生產(chǎn)條件等要求。數(shù)控工藝編制人員必須掌握刀具選擇和切削用量確定的基本原則，在編程時充分考慮數(shù)控加工的特點，能夠正確選擇刀刃具及切削用量。數(shù)控刀具在結(jié)構(gòu)上角度多元、尺寸便于調(diào)整，在性能上具有剛性好、互換性好、精度高、抗振及熱變形小等特點;在性能上壽命高、切削性能穩(wěn)定、加工可靠。為減少換刀時間、方便對刀、提高生產(chǎn)效率，便于實現(xiàn)機械加工的標準化，在數(shù)控車削加工時，應盡量采用機夾刀和機夾片刀，機夾片刀常采用可轉(zhuǎn)位車刀。

三、數(shù)控加工的措施

（一）切削三要素的選擇

切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速、進給速度及背吃刀量三個要素。為保證零件加工精度和表面粗糙度，充分發(fā)揮刀具的切削性能，保證合理的刀具壽命，需要選擇適當?shù)那邢魅亍?/p>

1.主軸轉(zhuǎn)速的確定

車外圓、車內(nèi)圓、車螺紋與車階臺時，主軸轉(zhuǎn)速應根據(jù)允許的切削速度和工件（或刀具）直徑來選擇。在車削螺紋時，車床的主軸轉(zhuǎn)速將受到螺紋的螺距P（或?qū)С蹋┐笮?、?qū)動電機的升降頻特性，以及螺紋插補運算速度等多種因素影響，故對于不同的數(shù)控系統(tǒng)，推薦不同的主軸轉(zhuǎn)速選擇范圍。

2.進給速度的確定

進給速度是數(shù)控機床切削用量中的重要參數(shù)，主要根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質(zhì)選取。最大進給速度受機床剛度和進給系統(tǒng)的性能限制。當工件的質(zhì)量要求能得到保證時，為提高生產(chǎn)效率，可選擇較高的進給速度。在切斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時，宜選擇較低的進給速度。當加工精度、表面粗糙度要求較高時，進給速度應選小一些。當?shù)毒呖招谐?，特別是遠距離“回零”時，可以設定該機床數(shù)控系統(tǒng)設定的最高進給速度。

3.背吃刀量的確定

背吃刀量根據(jù)機床、工件和刀具的剛度來決定，在剛度允許的條件下，應盡可能使背吃刀量等于工件的加工余量，這樣可以減少走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。為了保證加工表面質(zhì)量，可以留少許加工余量，一般為0.2～0.5mm。切削用量的選擇是否合理，對于能否充分發(fā)揮機床作用與刀具性能，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低成本和安全操作具有很重要的作用。對于碳素鋼、鑄鐵、鋁材等不同材料，以及粗加工、半精加工、精加工等不同加工階段，切削深度、切削速度、進給量選擇的參數(shù)各不相同。

（二）加工路線的確定

在數(shù)控加工中，刀具刀位點相對于工件的運動軌跡和方向稱為加工路線。即刀具從對刀點開始運動起，直至結(jié)束，加工程序所經(jīng)過的路徑，包括切削加工的路徑及刀具引入、返回等非切削空行程。每種加工都有很多可以選擇的路線，但不外乎遵循精度高、效率高等幾條原則。確定加工路線時，還要考慮工件的加工余量和機床、刀具的剛度等情況，確定是一次走刀，還是多次走刀完成加工。

（三）軸類零件的檢驗

軸類零件在加工過程中和加工結(jié)束后都要按工藝規(guī)程的要求進行檢驗，檢驗項目包括硬度指標、表面粗糙度、尺寸精度、形狀精度和位置精度等。在單件小批生產(chǎn)中，一般用通用工具千分尺檢驗軸的直徑;在大批大量生產(chǎn)中，常采用專用工具極限卡規(guī)抽檢軸的直徑。長度可用游標卡尺，深度游標卡尺等檢驗。

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