張 棟

（黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學(xué)院,黑龍江，150088）

數(shù)控軸類零件加工工藝設(shè)計(jì)

張 棟

（黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學(xué)院,黑龍江，150088）

隨著數(shù)控技術(shù)的日益成熟，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷的擴(kuò)大。本文以數(shù)控軸類零件為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行了工藝方案的分析，工裝方案的確定，刀具和切削用量的選擇。通過分析可知，該數(shù)控軸類零件的加工工藝整體設(shè)計(jì)具有可行性，能夠完全滿足精度、效率和工序要求。

數(shù)控技術(shù)；軸類零件；工藝設(shè)計(jì)

1 典型軸類零件的加工工藝

1.1 軸類零件的功用、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

軸類零件是比較常見的機(jī)械零件，在整個(gè)機(jī)械行業(yè)制品中所占的比例很大，應(yīng)用很廣泛。按機(jī)構(gòu)形式不同，軸可以分為階梯軸、錐度心軸、光軸、空心軸、曲軸、凸輪軸、偏心軸等。軸類零件在機(jī)械中承擔(dān)著于支承齒輪、帶輪、凸輪以及連桿等傳動(dòng)件，以傳遞扭矩的作用。

1.2 軸類零件的一般加工要求及方法

軸類零件中工藝規(guī)程的制訂，直接關(guān)系到工件質(zhì)量、勞動(dòng)率和經(jīng)濟(jì)效益。盡管任一零件都有著多種的加工方法，但無論如何選擇都需要遵循一定的規(guī)律：首先要對(duì)零件圖進(jìn)行分析，研究零件結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、精度、材質(zhì)等要求；其次，根據(jù)實(shí)際的條件確定合理的工藝規(guī)程。

1.3 軸類零件加工的工藝路線

一般的零件加工工藝路線為：下料→鍛造→正火→粗加工→半精加工→滲碳→去碳加工（對(duì)不需提高硬度部分）→淬火→車螺紋、鉆孔或銑槽→粗磨→低溫時(shí)效→半精磨→低溫時(shí)效→精磨。

2 數(shù)控車床的概述

2.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及發(fā)展

近年來，數(shù)控技術(shù)進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期，世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)于1952年，是由美國(guó)麻省理工大學(xué)研發(fā)成功的，自此之后，世界各國(guó)紛紛投入資金對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行研發(fā)、生產(chǎn)和使用。我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)階段：第一階段是1958年至60年代中期，這是我國(guó)數(shù)控技術(shù)的研發(fā)開始階段；自60年代中期到70年代，數(shù)控技術(shù)逐步成熟并開始應(yīng)用于車、鉆、齒輪加工等領(lǐng)域；自70年代至80年代我國(guó)積極引進(jìn)日本、美國(guó)等先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)并加以吸收、消化，使我國(guó)的數(shù)控技術(shù)有了進(jìn)一步的發(fā)展；自1985年我國(guó)數(shù)控機(jī)床品種有了新的發(fā)展，但數(shù)控機(jī)床主要走中低端路線，80%的高端數(shù)控機(jī)床要進(jìn)口，因此研發(fā)高檔機(jī)床是我國(guó)目前發(fā)展的重要領(lǐng)域。

數(shù)控機(jī)床由程序介質(zhì)、輸入輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)裝置與檢測(cè)反饋裝置及機(jī)床本體這五部分組成。同普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械結(jié)構(gòu)上減少了齒輪、軸類零件和軸承的數(shù)量；在操作上減少了手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的設(shè)置，使常用的操作按鈕數(shù)量更少，操作更方便、更簡(jiǎn)單。

2.2 數(shù)控機(jī)床的使用范圍

數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍很廣，能夠以編程的方式進(jìn)行各種零部件的加工，實(shí)用性很強(qiáng)，然而，由于價(jià)格昂貴，數(shù)控機(jī)床的使用范圍受到了制約，并不適合所有類型的加工設(shè)計(jì)。目前，該設(shè)備主要的使用范圍是：①加工精度高、結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的零件；②嚴(yán)格按照既定標(biāo)準(zhǔn)、尺寸加工設(shè)計(jì)的零部；③本身價(jià)值比較高的零件。相對(duì)于其他類型的加工設(shè)備，數(shù)控機(jī)床具有加工精度高、加工穩(wěn)定可靠、高柔性、生產(chǎn)效率高、勞動(dòng)條件好等優(yōu)勢(shì)。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)生產(chǎn)批量在100件以下，用數(shù)控機(jī)床加工具有一定復(fù)雜程度零件時(shí)，加工費(fèi)用最低，獲得的經(jīng)濟(jì)效益最高。

2.3 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向

（1）高速化

近年來，隨著我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的飛速發(fā)展，需求也在不斷增強(qiáng)，而作為工業(yè)制造的必備的設(shè)備，我國(guó)機(jī)床行業(yè)每年以兩位數(shù)的速度增長(zhǎng)，迎來快速發(fā)展時(shí)期，數(shù)控機(jī)床已成為我國(guó)機(jī)床消費(fèi)的主流。不同行業(yè)對(duì)于數(shù)控機(jī)床有著不同的需求，航空領(lǐng)域需要的是高速、精密以及多軸聯(lián)動(dòng)的產(chǎn)品；電力行業(yè)需要的是高剛性、大扭矩的數(shù)控產(chǎn)品；而汽車工業(yè)需要的是大量生產(chǎn)線的專用機(jī)床。

（2）高精度化

隨著國(guó)內(nèi)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)步伐的加快，數(shù)控化加工是機(jī)械加工行業(yè)朝高質(zhì)量，高精度，高成品率，高效率發(fā)展的趨勢(shì)。我國(guó)對(duì)高端精密加工設(shè)備的需求與日俱增，用戶對(duì)于高端機(jī)床產(chǎn)品的需求也越來越大。數(shù)控機(jī)床的高精度化發(fā)展，現(xiàn)在更專注于運(yùn)動(dòng)精度、熱變形以及對(duì)振動(dòng)的監(jiān)測(cè)和補(bǔ)償研究，以求能夠達(dá)到數(shù)控機(jī)床最佳精度狀態(tài)。總的來看，市場(chǎng)對(duì)機(jī)床工具產(chǎn)品的需求已經(jīng)過渡到中高端領(lǐng)域，普通機(jī)床產(chǎn)品的市場(chǎng)空間將越來越小。

（3）控制智能化

當(dāng)今的市場(chǎng)充分證明，現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床的智能化已經(jīng)成為市場(chǎng)的熱門需求和話題，智能化是機(jī)床行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，個(gè)性化定制、系統(tǒng)解決方案，以技術(shù)為依托為客戶提供智能輸送整體解決方案，正在逐步變成現(xiàn)實(shí)。數(shù)控技術(shù)的智能化主要包括加工過程自適應(yīng)控制技術(shù)、加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇、智能故障自診斷與自修復(fù)技術(shù)、智能故障回放和故障仿真技術(shù)、智能化交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置、智能4M數(shù)控系統(tǒng)等。

（4）極端化(大型化和微型化)

隨著我國(guó)高精密產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床越來越凸顯出其自身優(yōu)勢(shì)，其能夠適應(yīng)我國(guó)大型機(jī)械化發(fā)展趨勢(shì)，不僅可以滿足大型裝備的功能性要求，還滿足了其精度要求。目前，航空航天、半導(dǎo)體、光學(xué)部件、超精密軸承等零件加工，引入了超精密加工技術(shù)、納米級(jí)技術(shù)，該技術(shù)要求發(fā)展能適應(yīng)微小型尺寸和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備，而數(shù)控機(jī)床與傳統(tǒng)機(jī)床球體磨床相比，增加了數(shù)控系統(tǒng)和相應(yīng)的監(jiān)控裝置等，應(yīng)用了大量的電氣、液壓和機(jī)電裝置，使失效的概率大幅度降低。

（5）網(wǎng)絡(luò)化

數(shù)控機(jī)床主要著眼于以數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化為支持的智能化生產(chǎn)，網(wǎng)絡(luò)化是其必然的發(fā)展趨勢(shì)。數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)參數(shù)的有效流通、共享，便于對(duì)數(shù)控機(jī)床的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

（6）加工過程綠色化

環(huán)境問題是全球性問題，特別是對(duì)于我國(guó)來說，環(huán)境問題目前已經(jīng)成為中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨的嚴(yán)重挑戰(zhàn)之一，這一問題的日益突出和擴(kuò)大，已經(jīng)影響到區(qū)域的生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)過程中需要大量資源，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，資源和環(huán)境問題得到了廣泛的重視，近年來環(huán)保車床不斷涌現(xiàn)，環(huán)保節(jié)能已成為工程機(jī)械產(chǎn)品升級(jí)的基本特征，綠色制造代表了未來全球發(fā)展的方向，環(huán)保節(jié)能機(jī)床的加速發(fā)展會(huì)使企業(yè)在市場(chǎng)上保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和領(lǐng)先地位。

3 本零件的設(shè)計(jì)分析

3.1 零件圖紙的工藝分析

如圖1

3.2 加工難點(diǎn)及處理方案

分析圖紙可知，此零件表面由圓柱、順圓弧、逆圓弧、圓錐、槽、螺紋等組成，對(duì)平面度的要求很高，為提高零件的質(zhì)量，需要根據(jù)零件的形狀、尺寸大小和形位公差要求選擇合理的加工方案：

（1）結(jié)合加工零件的形狀和材料等條件，選用CJK6032數(shù)控機(jī)床。

（2）對(duì)圖樣上給定的幾個(gè)精度要求較高的尺寸，編程時(shí)采用中間值。

（3）加工工序?yàn)椋侯A(yù)備加工—車端面—粗車右端輪廓—精車右端輪廓—切槽—工件調(diào)頭—車端面—粗車左端輪廓—精車左端輪廓—切退刀槽—粗車螺紋—精車螺紋。

3.3 零件設(shè)備的選擇

根據(jù)軸類零件的特點(diǎn)，既有切槽尺寸精度又有圓弧數(shù)值精度，該零件的加工對(duì)于技術(shù)要求更為嚴(yán)格，而普通車床加工設(shè)備很明顯不具備該優(yōu)勢(shì)。而數(shù)控車床加工精度高，能做直線和圓弧插補(bǔ)，且剛性良好，能方便和精確地進(jìn)行人工補(bǔ)償和自動(dòng)補(bǔ)償，可以保障其加工的尺寸精度和表面質(zhì)量。根據(jù)零件的工藝要求，可以選擇經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，本文選用CJK6032數(shù)控機(jī)床加工該零件。該機(jī)床采用的是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)形式半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，設(shè)置三爪自定心卡盤、普通尾座或數(shù)控液壓尾座，適合車削較長(zhǎng)的軸類零件，且機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格相對(duì)較低。

圖1

3.4 刀具與切削用量的選擇

影響數(shù)控車床切削效率的因素有很多，主要有人為因素、環(huán)境因素及刀具和切削用量的選擇，這些都制約著數(shù)控車床的工作狀態(tài)，尤其是對(duì)于刀具的合理選擇，能夠加快數(shù)控車床的工作效率，保證零件加工質(zhì)量。刀具的選擇標(biāo)準(zhǔn)是刀具復(fù)雜程度、制造和磨刀成本。相對(duì)于普通機(jī)床而言，數(shù)控加工對(duì)刀具在剛性、精度、耐用度上有著更為嚴(yán)格的要求，同時(shí)，還要求所選擇的道具尺寸穩(wěn)定、便于安裝調(diào)試。工件材料的切削加工性能是很復(fù)雜的，強(qiáng)度、硬度、塑性、提供冷切削加工、機(jī)械性能都跟工件的材料有關(guān)。經(jīng)過研究圖紙發(fā)現(xiàn)，該軸零件加工中，刀具與工件之間的切削力較大，所以選擇45鋼為該軸類零件的材料。

3.5 設(shè)置刀點(diǎn)和換刀位

設(shè)置數(shù)控車床刀具的換刀點(diǎn)是編制加工程序過程中必須考慮的問題，因此，數(shù)控機(jī)床加工零件編程時(shí)，應(yīng)該盡量簡(jiǎn)化程序，本著方便數(shù)據(jù)處理的原則，合理設(shè)置對(duì)刀點(diǎn)。換刀點(diǎn)最安全的位置是換刀時(shí)刀架或刀盤上的任何刀具都不與工件或機(jī)床其他部件發(fā)生碰撞的位置。一般地來說，換刀點(diǎn)的軸向位置由刀架向伸出最長(zhǎng)的刀具（如內(nèi)孔鏜刀、鉆頭等）決定，換刀點(diǎn)的徑向位置則由刀架上徑向伸出最長(zhǎng)的刀具（如外圓車刀、切槽刀等）決定。

[1]王小翠,李蔚,侯志敏.細(xì)長(zhǎng)軸車削用量?jī)?yōu)化與加工變形誤差補(bǔ)償技術(shù)的研究[J].制造技術(shù)與機(jī)床. 2007(10)

[2]陳堅(jiān).數(shù)控車削加工高精度圓弧[J]. 林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備. 2009(12)

[3]周翀.基于環(huán)體機(jī)械零件加工工藝技術(shù)改進(jìn)與夾具設(shè)計(jì)分析探討[J].廣東建材.2009(08)

[4]劉合群.數(shù)控車削加工梯形螺紋的方法研究[J].湖南農(nóng)機(jī). 2013(07)

Design on CNC machining technology of Axial parts

Zhang Dong
（Heilongjiang agricultural engineering vocational college,Heilongjiang,150088）

As the numerical control technology is increasingly mature,its applications are constantly expanding.This paper makes the numerical control shaft parts as the research object,analyzes the process program,the determination of tooling, the selection of cutting tool and cutting parameter.Through the analysis,the design on CNC machining technology of axial parts has feasibility,can completely meet the precision efficiency and process requirements.

numerical control technology; shaft parts;technological design

TH162+.1

A

張棟（1984-），男，黑龍江省哈爾濱市人，本科，助教，研究方向：數(shù)控技術(shù)。