金屬零件的銑床加工工藝分析

陳 直

（甘肅有色冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 金昌 737100）

金屬零件是指以金屬作為加工原料，將金屬加工成各種規(guī)格與形狀的金屬部件稱之為金屬零件。由于金屬零件體積小、重量輕，需要具備良好的機(jī)械性能和金屬性能，因此金屬零件加工具有較高的難度[1]。

隨著現(xiàn)代科技與數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，金屬零件加工已經(jīng)逐漸趨于機(jī)械化，利用機(jī)械設(shè)備對(duì)金屬零件進(jìn)行加工，這種加工方式相對(duì)于傳統(tǒng)人工加工方式無(wú)論是在加工精度上還是加工效率上都有明顯的提高[2]。目前應(yīng)用于金屬零件加工的機(jī)械設(shè)備主要為機(jī)床，最常見的機(jī)床為銑床，銑床是數(shù)控機(jī)床的一種，其主要由工件、銑刀組成，在對(duì)金屬零件技工過(guò)程中令銑刀以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)作為主運(yùn)動(dòng)，利用銑刀對(duì)金屬零件進(jìn)行切割，從而將金屬板塊加工成金屬零件[3]。目前現(xiàn)有的金屬零件銑床技工工藝在實(shí)際應(yīng)用中存在許多問(wèn)題，由于對(duì)銑床參數(shù)設(shè)定不合理，導(dǎo)致金屬零件加工工藝具有較大的加工誤差，加工成的金屬零件在精度上很難達(dá)到要求，為此提出金屬零件的銑床加工工藝分析。本文在原有加工工藝基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一套新的銑床加工工藝，為金屬零件銑床加工工藝優(yōu)化與完善提供參考理論。

1 金屬零件的銑床加工工藝設(shè)計(jì)

1.1 金屬零件的銑床加工材料選取及鍛造

首先需要根據(jù)金屬零件加工要求，選取合適的加工原材料。將金屬零件不同部位進(jìn)行區(qū)分，正常情況下金屬零件由槽、肩、齒輪等基礎(chǔ)部分所組成，各個(gè)部件硬度及性能要求不同，其加工原料也所不同[4]。由于金屬零件槽部對(duì)硬度要求較高，軸部和肩部相比之下硬度要求較低，因此通常情況下，對(duì)于金屬零件槽的加工選擇優(yōu)質(zhì)碳結(jié)構(gòu)的32號(hào)鋼作為材料；對(duì)于金屬零件肩部加工選擇優(yōu)質(zhì)碳結(jié)構(gòu)的35號(hào)合金鋼作為材料；金屬零件軸部加工材料為優(yōu)質(zhì)碳結(jié)構(gòu)的35號(hào)合金鋼作為材料；其余部分均采用優(yōu)質(zhì)碳結(jié)構(gòu)的40號(hào)鋼作為加工材料。

選取完合適的金屬零件加工原材料后對(duì)金屬零件各個(gè)部件進(jìn)行鍛造，鍛造方式采用正火方式，將原材料放入到美國(guó)IJH公司生產(chǎn)的HIUD-5615型號(hào)HR爐內(nèi)，在熔煉爐內(nèi)，將溫度設(shè)定在1200℃，鍛造的時(shí)間設(shè)定為20min,除了嚴(yán)格控制鍛造時(shí)間和溫度外，還必須滿足金屬零件的加工要求，并對(duì)RH爐進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)設(shè)定，將其最大的氣流量設(shè)定為155m3·h-1，這樣就完成了材料選擇和鍛造金屬零件的銑床[5]。鍛造后，將要加工的金屬零件放入冷水退火池中，以快速緩解原材料中的鍛造應(yīng)力。

1.2 金屬零件粗車

利用銑床對(duì)金屬零件各個(gè)部分進(jìn)行粗加工，根據(jù)金屬零件加工圖紙，對(duì)銑床設(shè)備加工參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，在一般情況下，會(huì)將銑床的主軸轉(zhuǎn)速設(shè)定成5600rpm，主軸的功率在12kW，主軸扭矩設(shè)定為40Nm，主軸的極限轉(zhuǎn)角設(shè)定為125°，通過(guò)以上參數(shù)設(shè)置，可以在銑床上對(duì)金屬零件進(jìn)行粗加工。

根據(jù)金屬零件各部分的加工要求，銑床的加工精度分為5～9級(jí)，根據(jù)金屬零件加工精度要求不同，可以確定銑床小批量生產(chǎn)和大批量生產(chǎn)，如果精度要求較高，選擇銑床小批量生產(chǎn)方式，利用銑床對(duì)金屬零件粗加工過(guò)程中按照先滾齒，再剃齒的粗加工順序進(jìn)行粗車；如果對(duì)金屬零件加工精度要求較低，在銑床設(shè)備上選擇大批量生產(chǎn)方式，利用銑床對(duì)金屬零件粗加工過(guò)程中按照先剃齒、再滾齒的粗加工順序進(jìn)行加工[6]。

根據(jù)金屬零件各個(gè)部件的加工順序，在銑床設(shè)備上設(shè)定基準(zhǔn)定位，將銑床的基準(zhǔn)定位公差值控制在五分之一到三分之一之間，這樣可以保證金屬零件各個(gè)部件與銑床刀具的距離精度，以此完成金屬零件粗車。

1.3 金屬零件表面滲碳及精加工

利用銑床對(duì)金屬零件粗加工后，還需要根據(jù)金屬零件的實(shí)際硬度要求以及外形要求，在金屬零件表面進(jìn)行滲碳，并且再次利用銑床對(duì)金屬零件進(jìn)行細(xì)加工，以此保證金屬零件表面的硬度、韌性、摩擦性等性能，以及金屬零件外觀可以滿足金屬另加加工精度要求。

首先對(duì)銑床粗車完成后的金屬零件進(jìn)行滲碳，通常情況下滲碳深度為2.55mm～2.85mm之間，滲碳的部位有金屬零件的齒部以及凹槽表面；滲碳處理之后需要在金屬零件表面涂抹一層防滲透涂料，這樣可以保護(hù)金屬零件不受到空氣中氧氣氧化，延長(zhǎng)金屬零件的壽命。另外，需要處理金屬零件的圖紙，利用銑床對(duì)金屬零件進(jìn)行細(xì)加工，在銑床粗車參數(shù)基礎(chǔ)上對(duì)精度進(jìn)行提高，將銑床主軸轉(zhuǎn)速減小到2500rpm，主軸功率減小到8.5kW，主軸扭矩減小到10Nm，主軸的極限轉(zhuǎn)角減小到75°，利用銑床刀具對(duì)金屬零件周邊多余的材料進(jìn)行切剪；然后，修整金屬零件的表面，拋光金屬零件的表面以使其光滑，并調(diào)整金屬零件的每個(gè)零件的尺寸，要以圖紙的標(biāo)準(zhǔn)要求為主。最后，要求在加工前要對(duì)兩件進(jìn)行檢查，是否在金屬兩件的表面出現(xiàn)裂紋，如果金屬零件表面存在裂紋需要對(duì)其進(jìn)行重新精加工，以此完成機(jī)械齒輪軸加工。

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

實(shí)驗(yàn)以某金屬零件為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，該金屬零件為汽車組裝用的齒輪軸，該齒輪軸由軸槽、軸肩、齒輪以及環(huán)槽所組成，齒輪厚度為2.55mm，齒輪軸軸徑為12.55mm，實(shí)驗(yàn)利用此次設(shè)計(jì)加工工藝與傳統(tǒng)加工工藝對(duì)該金屬零件進(jìn)行銑床加工。

實(shí)驗(yàn)中使用的銑床為英國(guó)IJD公司生產(chǎn)的DSDF-6225型號(hào)，銑床按照國(guó)外最先進(jìn)的銑床指令的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2014/14/GB生產(chǎn)，可以實(shí)現(xiàn)人工智能，重量輕，體積小，安全性和穩(wěn)定性極高的全自動(dòng)加工。實(shí)驗(yàn)按照上述加工流程對(duì)金屬零件進(jìn)行加工，加工數(shù)量為3000個(gè)，從加工的金屬零件中選取7個(gè)金屬零件，利用尺度測(cè)量?jī)x測(cè)量金屬零件輪廓參數(shù)，并將其與該金屬零件加工圖紙中數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，利用siier軟件計(jì)算出金屬零件加工誤差，實(shí)驗(yàn)以加工誤差作為兩種加工工藝對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制兩種工藝加工誤差對(duì)比表格如下。

表1 兩種工藝加工誤差對(duì)比（mm）

從上表可以看出，此次設(shè)計(jì)金屬零件銑床加工工藝加工誤差最大僅為0.002mm；而傳統(tǒng)工藝加工誤差最大為0.268mm，最小誤差為0.058mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此次設(shè)計(jì)加工工藝，因此實(shí)驗(yàn)證明了本次設(shè)計(jì)工藝更適用于金屬零件的銑床加工，具有較高的加工精度。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合目前金屬零件加工現(xiàn)狀，提出了一套全新的金屬零件銑床加工工藝，通過(guò)實(shí)驗(yàn)論證了該加工理論可行、可靠，能夠有效解決金屬零件加工誤差問(wèn)題。此次研究對(duì)金屬零件銑床加工具有一定的參考價(jià)值，對(duì)提高金屬零件銑床加工水平和精度具有良好的現(xiàn)實(shí)意義。