軸類零件在數(shù)控車床上的加工路線和工裝設(shè)計(jì)探析

劉 輝

(四川省綿陽市科學(xué)城中物院六所，四川 綿陽 621000)

當(dāng)加工開關(guān)復(fù)雜、精度要求較高的零件時(shí)，往往需要多把刀具，如果利用普通車床進(jìn)行加工，需要頻繁更換刀具和拆裝工件，這不僅浪費(fèi)了大量的人力和工時(shí)，同時(shí)加工出來的零件會(huì)受到很多因素的影響，產(chǎn)品的精度和品質(zhì)很難得到保證。在這方面，數(shù)據(jù)車床因?yàn)榫哂凶詣?dòng)換刀、程序化走刀等突出的優(yōu)點(diǎn)，大大提高了加工精度，使零件的品質(zhì)非常穩(wěn)定，而且還節(jié)約了工時(shí)，得到了廣泛的應(yīng)用。

本文圍繞軸類零件的數(shù)控車削加工的一般過程，分析數(shù)控車削加工時(shí)的工藝路線和工裝設(shè)計(jì)。

1 數(shù)控車床的加工工藝的內(nèi)容

數(shù)控車削的加工工藝就是利用數(shù)控車床對(duì)工件進(jìn)行加工時(shí)采用的一般方法、工序、技術(shù)的總和。一般地說，對(duì)軸類零件來說，其加工工藝包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。

（1）針對(duì)零件圖紙和批量等確定數(shù)控車加工的內(nèi)容。

（2）結(jié)合零件圖對(duì)零件進(jìn)行加工工藝分析。

（3）選擇合適的工具、夾具、量具，必要時(shí)要設(shè)計(jì)專門的工裝。

（4）設(shè)計(jì)加工的工序、工步等內(nèi)容。

（5）計(jì)算、優(yōu)化零件加工的軌跡。

（6）編寫數(shù)控車削的加工程序，并進(jìn)行必要的校驗(yàn)和完善。

（7）進(jìn)行首件試切，觀察是否存在問題，并及時(shí)進(jìn)行處理和改進(jìn)。

（8）進(jìn)行加工工藝技術(shù)文件的編制。

總之，利用數(shù)控車床進(jìn)行加工，其工藝內(nèi)容相對(duì)較多，但是，有些環(huán)節(jié)與普通車床基本相似，有的則有明顯的區(qū)別。

2 數(shù)控車削加工工藝分析及工裝設(shè)計(jì)

加工工藝分析，是所有加工所必需的前期準(zhǔn)備工作，對(duì)于軸類零件的數(shù)控車削也不例外。因?yàn)椋庸すに囀欠窈侠恚瑢?duì)后續(xù)的編制程序、加工效率、最終的加工精度和品質(zhì)都有著重要的影響。要想編制合理、實(shí)用、高效的數(shù)控程序，就必須對(duì)數(shù)控機(jī)床的性能、工作原理和結(jié)構(gòu)組成有充分了解，熟練掌握數(shù)控系統(tǒng)的編程語言和基本格式，對(duì)各種材料的性能有較好的把握，明確切削用量、刀具以及工件裝夾的常用方法等。其主要內(nèi)容有：根據(jù)圖紙分析零件的加工要求；確定正確的裝夾工具和方式；確定各個(gè)表面的加工先后順序，刀具進(jìn)給方式，進(jìn)給路線，以及刀具、夾具和切削用量的選擇等。

2.1 分析零件圖

分析零件圖是進(jìn)行數(shù)控加工工藝分析的第一步。主要分析方法包括：尺寸標(biāo)注分析、零件的幾何要素分析和表面精度、技術(shù)要求的分析等。另外，還要分析零件在結(jié)構(gòu)、加工等方面的要求是否合理，這是制定加工工藝的基準(zhǔn)。

（1）尺寸標(biāo)注分析

一股說來，軸類零件圖上標(biāo)注的尺寸應(yīng)適應(yīng)數(shù)控車床的編程和加工特點(diǎn)，要求是以同一個(gè)長(zhǎng)度基準(zhǔn)標(biāo)注軸向尺寸，有的則是直接給出了坐標(biāo)尺寸。這些標(biāo)注形式非常便于進(jìn)行編程，同時(shí)也便于把設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、測(cè)量基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)和程序原點(diǎn)進(jìn)行有效的統(tǒng)一。可是，當(dāng)零件圖上沒有統(tǒng)一的尺寸基準(zhǔn)時(shí)，編程加工人員則可以考慮在不影響零件精度為前提下，自行選擇一個(gè)統(tǒng)一的基準(zhǔn)作為工藝基準(zhǔn)，然后再計(jì)算、轉(zhuǎn)化各個(gè)尺寸，達(dá)到簡(jiǎn)化編程的目的。

（2）分析零件的輪廓及幾何要素

如果需要手工編程，需要計(jì)算每個(gè)輪廓節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)值；如果是自動(dòng)編程，則需要先對(duì)零件的輪廓和幾何元素進(jìn)行正確的定義。所以，分析軸類零件的輪廓和幾何要素也是編程加工時(shí)非常重要的一個(gè)任務(wù)。

（3）精度和技術(shù)要求分析

對(duì)所要加工的軸類零件進(jìn)行精度和技術(shù)要求的分析，也是分析加工藝的重要內(nèi)容。首先要明確所加工軸的尺寸精度以及表面粗糙度；再合理地選擇加工方式、裝夾的形式、選擇刀具和切削用量等等加工參數(shù)。這一方面主要有以下內(nèi)容：對(duì)精度和各項(xiàng)技術(shù)要求的分析，研究其是否齊全和合理；明確加工機(jī)床能否滿足零件的加工精度要求，如果達(dá)不到要求，研究是否可以采取其他的輔助措施進(jìn)行彌補(bǔ)，確定每一次加工后的后續(xù)工序余量；另外，對(duì)于圖紙上標(biāo)注位置精度要求的幾何要素，要保證能夠在一次裝夾之下完成加工；對(duì)表面品質(zhì)要求較高的面，可以采用恒線速度切削，但在車削軸的端面時(shí)，要合理限制機(jī)床主軸的最高轉(zhuǎn)速。

2.2 選擇切削夾具、刀具

（1）確定工件裝夾和定位方式

在數(shù)控車削加工軸類零件時(shí)，應(yīng)盡量爭(zhēng)取減少裝夾次數(shù)，爭(zhēng)取在一次裝夾時(shí)就能加工出大部分或全部加工表面，這樣可以有效地提高加工的效率，同時(shí)還有利于保證加工軸的車削精度。對(duì)于大部分軸類零件來說，都是以零件本身外圓面作作為定位基準(zhǔn)；當(dāng)加工有帶孔的外圓面時(shí)，也可以考慮把內(nèi)孔作為定位基準(zhǔn)。數(shù)控車床上常用的夾具有：通用自動(dòng)定心三爪卡盤、四爪卡盤，還有的采用液壓或氣動(dòng)夾具，而對(duì)于大批量加工時(shí)，需要設(shè)計(jì)專門的性較好的專用夾具。因此，在實(shí)際生產(chǎn)加工時(shí)，應(yīng)根據(jù)加工要求，進(jìn)行合理的選擇。

（2）選擇刀具

在加工軸類零件時(shí)，在加工條件允許的前提下，應(yīng)盡量采用大的刀具直徑，這樣可以有效延長(zhǎng)刀具的使用壽命，提高切削加工的效率。一般地，數(shù)控車刀從形狀上可以分為3 大類：尖形、圓弧形和成型車刀。

尖形車刀的切削刃為直線形，刀尖的主、副切削刃呈直線形，比如：外圓偏刀、端面車刀都是這種形狀。在切削加工時(shí)，所能得到的零件輪廓形狀由獨(dú)立的刀尖或一條主切削刃形成。

圓弧形車刀的主切削刃的形狀呈現(xiàn)圓弧形狀，在圓弧刃的和個(gè)點(diǎn)都可以看成是刀尖，所以說，刀位點(diǎn)不是處于圓弧上，而是位于圓弧的圓心點(diǎn)上。這種刀具除了可以加工內(nèi)外圓表面，還非常適合加工由不同圓弧光滑連接的成型面。

在數(shù)控車削中，常用的成型車刀大體上有三種：車槽刀、螺紋刀以及小半徑圓弧車刀。為了減少換刀次數(shù)和對(duì)刀時(shí)間，數(shù)控車床上常采用機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀。

（3）切削用量選擇

對(duì)于軸類零件的切削加工，選擇合適的切削用量也是非常關(guān)鍵的。在確定這些參數(shù)時(shí)，要根據(jù)機(jī)床的性能和狀態(tài)，以及零件材料、刀具材料和類型等條件，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行正確的類比、選擇。

2.3 劃分工序、擬定加工順序

（1）劃分工序的基本原則

在利用數(shù)控車床加工軸類零件時(shí)，劃分工序的原則有以下兩種：

一是，保持精度的原則。就是要求工序盡可能地集中，使粗、精加工在一次裝夾中就可以全部實(shí)現(xiàn)。為了減少加工時(shí)的熱變形量，同時(shí)減少切削力帶來的變形位置精度的影響，提高尺寸精度，可以考慮把粗、精加工分開實(shí)現(xiàn)。

二是，提高效率的原則。在實(shí)際加工時(shí)，為了減少換刀的次數(shù)，節(jié)省時(shí)間，提高效率，把能用同一把刀實(shí)現(xiàn)的部分加工完成后，再換刀進(jìn)行繼續(xù)加工。同時(shí)，在加工中還應(yīng)盡量減少刀具的空行程。

（2）明確加工順序

對(duì)于軸類零件的切削，在確定加工順序時(shí)，一般可以遵循下列原則：

一是，先粗后精。就是按照“粗車—半精車—精車”的順序，逐步提高零件的精度。

二是，先近后遠(yuǎn)。就是要先加工離對(duì)刀點(diǎn)近的位置，后加工離對(duì)刀點(diǎn)遠(yuǎn)的位置，這樣可以縮短刀具的移動(dòng)時(shí)間和距離，減少刀具的空行程。同時(shí)，這樣做還便于在最大程度上保持毛坯或半成品原有的剛性，相當(dāng)于改善了切削條件。

（3）內(nèi)外交叉。就是指在加工同時(shí)有內(nèi)表面、又有外表面的零件時(shí)，需要先對(duì)內(nèi)外表面進(jìn)行粗加工，然后再對(duì)內(nèi)外表面進(jìn)行精加工。

（4）基面先行。在加工過程中，一般要把作為精基準(zhǔn)的表面先加工好，以便減少后續(xù)加工時(shí)的裝夾及測(cè)量誤差。

3 結(jié)束語

運(yùn)用數(shù)控機(jī)床加工軸類零件，需要有合理的加工工藝和夾具進(jìn)行配合，才能充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的高性能、高精度的特點(diǎn)。實(shí)踐證明，在加工一些形狀復(fù)雜、精度要求高、需要用多把刀進(jìn)行加工的大批量零件時(shí)可以采用數(shù)控機(jī)床，這樣可以大大提高生產(chǎn)效率，給機(jī)械加工行業(yè)帶來了不小的革命。

[1]宮毅超，張遼遠(yuǎn)，呂玉山.車削加工軸類零件誤差補(bǔ)償技術(shù)的研究[J].沈陽理工大學(xué)學(xué)式報(bào),2008,(3):16-20.

[2]周金蓮，周春蓮，劉國(guó)平.軸類零件的數(shù)控車削加工實(shí)例分析[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化,2009,(9):86-87.

[3]喬西菊. 數(shù)控車床車削加工工藝分析[J]. 中國(guó)科技信息，2010，(6):116-117.