帶錐面階梯軸類零件加工工藝分析

姬生峰

（齊齊哈爾二機床(集團)有限責任公司 銑鏜分公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

0 引言

機械加工中常見的零件之一就是軸類零件，軸類零件的加工一般都是使用車床進行車削加工。軸類零件在各類機器中的應用非常廣泛，其主要用于支撐傳動零件（如齒輪、軸承等）、傳遞運動和扭矩（如傳動軸和心軸）。實際加工的軸一般大多為階梯軸，也有個別的是非階梯軸。帶錐面階梯軸是階梯軸的一種，它是軸端為錐面的階梯軸。圖1 是一個帶錐面的階梯軸。該帶錐面階梯軸是由棒料經過車削而成的，材料選用45 鋼。

圖1 帶錐面階梯軸

1 零件加工

1.1 零件分析

圖1 中的帶錐面階梯軸主要是由圓柱面（4 個）、圓錐面（2 個）和圓弧面（2 個）組成，該零件的結構較為復雜，具有一定的加工難度。該零件的加工精度要求較高，加工精度等級為IT7（高精度）；表面粗糙度要求相對較高：直徑為40 mm 的圓柱部分粗糙度為Ra3.2，其余部分均為Ra1.6。

1.2 工件裝夾

該帶錐面階梯軸零件的毛坯選用直徑為45 mm、長100 mm 的45 鋼棒料。該零件是一個實心軸，軸的長度為100 mm，因此采用工件的端面、外圓進行定位。在進行工件裝夾時采用三爪自定心卡盤來實現工件的夾緊。

1.3 刀具選用以及切削用量的確定

根據零件的結構特征和加工表面特征進行加工刀具的選用。根據外形輪廓的加工選用93°菱形外圓車刀進行工件的粗車加工和精車加工，完成零件的外形加工。采用切槽刀（寬度為2 mm）進行工件的切斷。粗車零件的外輪廓時，主軸轉速為600 r/min，進給速度為0.3 mm/r；精車零件外輪廓時，主軸轉速為800 r/min，進給速度為0.1 mm/r；切斷工步時主軸轉速為300 r/min，進給速度為0.1 mm/r。

1.4 加工方案和加工工序

采用數控車床進行帶錐面階梯軸的加工，根據粗加工到精加工，由遠到近的加工原則進行加工。首先進行工件的粗加工，先車削工件的端面待端面車削完成之后，車削工件的外輪廓。首先車削工件的右端面，之后對工件的外輪廓進行粗車加工（預留0.5 mm 的精車余量）。粗加工完畢之后，進行精加工，精加工依然是從右至左進行加工。由于零件的外輪廓結構形狀復雜，因此在進行粗車加工時應該選用不同的背吃刀量，實現工件外形輪廓0.5 mm的精加工余量。

在進行粗加工時，對于外輪廓的凹圓弧應該保證吃刀量、同心圓弧（采用同心不同徑的方式進行加工）。對于凸圓弧進行粗加工時，采用車錐法進行切削。粗加工完畢之后，進行精加工。采用一刀加工的方式，切除各個軸段0.5 mm 的精車余量。最后采用切槽刀進行工件的切斷。

通過以上分析，采用數控車床實現該零件加工的加工工序為：工序1：車削工件的右端面，車直徑40 mm 的外圓柱面，外圓柱面長度大于70 mm。工序2：加工工件的外形輪廓。首先粗車直徑32 mm 的外圓柱面，使其長度為60 mm；粗車直徑4 mm 的圓弧；粗車圓錐面以及直徑22 mm、16 mm 的外圓柱面并保證每個軸段的長度；粗車半徑8 mm 的圓弧；精車零件的外形輪廓保證直徑32 mm、22 mm、16 mm 的外圓柱面以及各個圓錐面和倒角。

工序3：將工件切斷，采用切斷刀進行切斷。

2 數控車床加工工藝分析

2.1 工件定位和裝夾

數控機床的定位安裝是為了保證工件的加工精度和加工效率，良好的定位能夠有效地保證工件的加工質量和加工效率。在進行數控機床工件裝夾時需要考慮以下方面：優先選用通用夾具進行工件的定位和裝夾能夠極大地降低生產的成本；零件的設計應該有利于零件加工和精度的實現；零件的設計要方便進行零件的定位和裝夾；方便進行切屑的處理；保證工件在加工過程中具有足夠的剛度。

對于帶錐面階梯軸零件選用三爪自定心卡盤進行零件的夾持。數控車床常見的裝夾方式：

1）采用三爪自定心卡盤進行工件的裝夾。三爪自定心卡盤能夠自動定心，通常不需要再單獨找正。三爪自定心卡盤裝夾方便、夾緊力比較小，適用于各種外形工件的裝夾。

2）兩頂尖裝夾。尺寸較大的或者加工工序非常多的軸類零件，由于加工過程中要進行多次裝夾，因此優先選用兩頂尖的裝夾方式。兩頂尖裝夾適用于多工序加工或者進行精加工。

3）卡盤和頂尖配合裝夾。當進行工件粗加工，并且切削量很大時可以采用一端卡盤裝夾，一端頂尖支撐的方式。卡盤和頂尖配合裝夾的方式能夠承受很大的切削力，并且安裝的剛性強。

4）心軸裝夾。心軸裝夾也是一種常見的裝夾方式。軸類零件存在螺紋時可以選用心軸進行裝夾。心軸裝夾承受的切削力較大，剛性強。

工件的定位基準應該與設計基準保持一致，不能出現過定位的現象。帶錐面階梯軸的外形輪廓都需要進行加工，應首選外圓和右端面為粗基準，采用“互為基準的原則”進行加工。

2.2 加工路線分析

加工零件一般是進行先粗后精、先主后次的順序，優先加工零件的裝配基面和工作表面，再進行鍵槽、緊固孔等表面的加工。進行工件加工時應該優先加工表面后加工孔。對于箱體、支架、連桿、底座等零件，先加工用作定位的平面和孔的端面，然后再加工孔。這樣可使工件定位夾緊穩定可靠，利于保證孔與平面的位置精度，減小刀具的磨損，同時也給孔加工帶來方便。用作精加工基準的表面，要首先加工出來。所以，第一道工序一般是進行定位面的粗加工和半精加工(有時包括精加工)，然后再以精加工基面定位加工其它表面。例如，軸類零件頂尖孔的加工。

2.3 切削用量分析

切削用量的確定應該根據加工機床的性能、相關的機械加工工藝手冊并結合實際的情況，考慮主軸轉速、切削深度和進給速度的配合，以便形成最佳的切削用量。切削用量根據不同的加工方法應該選用不同的切削用量。合理的切削用量不僅能夠保證零件表面精度、質量，對于提高加工效率，具有非常重要的意義。粗車時應該在保證刀具耐用度的前提下保證較高的金屬切除率；進行精加工時，由于對加工精度和表面粗糙度的要求都非常高，加工余量不是很大并且較均勻，應重點考慮保證加工精度并適當提高加工效率。精加工時應選用較小的背吃刀量和進給量，選用高性能的刀具和合理的刀具幾何參數，采用盡可能高的切削速度。

3 結語

本文主要針對帶錐面階梯軸零件加工工藝進行分析，針對一具體的零件進行加工工藝分析，對其加工路線和加工工序進行了具體的闡述。在此基礎上分析了數控車床工件定位和裝夾、加工路線的確定和切削用量的選取。

［1］趙涓涓.帶錐面階梯軸零件加工工藝分析及圖解［J］.山西冶金，2013（3）：37-39.

［2］高琪，祖英利，萬金貴.基于車削加工的誤差分析及其補償研究［J］.煤礦機械，2010，31（1）：127-130.

［3］高琪，祖英利，萬金貴.對階梯軸不同軸徑的數控加工誤差分析［J］.機床與液壓，2010，38（4）：12-14.