淺談軸類零件加工工藝

王斌

[摘 要]隨著科技和經濟的發展，高強度材料的應用越來越廣泛，特別是其被應用于對強度要求較高的軸類零件。高強度鋼制軸類零件的安全性能直接關系到人們的人身和財產安全，需要高度重視。基于此，本文闡述了超高強度鋼的切削加工特點，分析了常見軸類零件的結構，敘述了軸類零件加工工藝，并提出了加工工藝規程中需要注意的問題。

[關鍵詞]軸類零件； 傳動軸； 加工工藝

軸類零件是常見的典型零件之一。按軸類零件結構形式不同， 一般可分為光軸、階梯軸和異形軸3 類或分為實心軸、空心軸等。它們在機器中用來支承齒輪、帶輪等傳動零件， 以傳遞轉矩和運動， 為支承傳動零件（ 齒輪、皮帶輪等） ， 傳遞扭矩， 承受載荷， 以及保證裝在主軸上的工件和刀具具有一定的回轉精度。因而， 對于軸的加工必須追求精度， 嚴格按照技術要求進行加工。

一、零件分析

1.零件技術要求分析。零件的技術要求主要包括尺寸精度、形狀精度、位置精度、表面粗糙度及熱表處理要求等。進行零件技術要求分析，主要是分析這些技術要求的合理性以及實現的可能性， 重點分析重要表面和部位的加工精度和技術要求，為制定合理的加工方案做好準備。

2.零件的結構工藝性分析。零件的結構工藝性是指所設計的零件，在能夠滿足使用性能要求的前提下制造的可行性和經濟性。好的結構工藝性會使零件加工容易，節省成本，節省材料；而不合理的結構工藝性會使加工困難，加大成本，浪費材料，甚至無法加工。

二、合理選材

1.軸類零件的毛坯，可根據使用要求、生產類型、設備條件及結構，選用棒料、鍛件等毛坯形狀。對于外圓直徑相差不大的軸，一般以棒料為主，而對于外圓直徑相差大階梯軸或重要的軸，常選用鍛件。這樣既節約材料又減少機械加工的工作量，還可改善機械性能。根據生產規模的不同，毛坯的鍛造方式有自由鍛和模鍛兩種。中小批量生產多采用自由鍛，大批大量生產量時采用模鍛。

2.軸類零件的材料：應根據不同的工作條件和作用要求選用不同的材料，并采用不同的熱處理規范（如調質、正火、淬火等），以獲得一定的強度、韌性和耐磨性。

45號鋼是軸類零件的常用材料，它的價格便宜經過調質（或正火）后，可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強度和韌性等綜合機械性能，淬火后表面硬度可達45HRC～52HRC。40Cr等合金結構鋼適用于中等精度而轉速較高的軸類零件，這類鋼經調質和淬火后，具有較好的綜合機械性能。軸承鋼GCr15和彈簧鋼15Mn，經調質和表面高頻淬火后，表面硬度可達50HRC～58HRC，并具有較高的耐疲勞性能和較好的耐磨性能，可制造高精度的軸。

三、制定加工方案

1.分析圖樣，確定加工方案。對所要加工的零件進行技術要求分析，選擇合適的加工方案，再根據加工方案選擇合適的機床。

2.工件的定位與裝夾。根據零件的加工要求，選擇合理的定位基準，并根據零件的批量、精度及加工成本選擇合適的夾具，完成工件的裝夾與找正。

3.刀具的選擇與安裝。刀具壽命與切削用量有密切的關系。在制定切削用量時，應首先選擇合理的刀具壽命，而合理的刀具壽命則應根據優化的目標而定。一般分最高生產率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種，前者根據單件工時最少的目標確定，后者根據工序成本最低的目標確定。

數控車削刀常用的一般分成型車刀、尖形車刀、圓弧形車刀三類。成型車刀也稱樣板車刀，其加工零件的輪廓形狀完全由車刀刀刃的形狀和尺寸決定。數控車削加工中，常見的成型車刀有小半徑圓弧車刀、非矩形車槽刀和螺紋刀等。在數控加工中，應盡量少用或不用成型車刀。尖形車刀是以直線形切削刃為特征的車刀。這類車刀的刀尖由直線型主副切削刃構成，如90度內外圓車刀、左右端面車刀、切槽（切斷）車刀及刀尖倒棱很小的各種外圓和內孔車刀。尖形車刀幾何參數（主要是幾何角度）的選擇方法與普通車削時基本相同，但應結合數控加工的特點（如加工路線、加工干涉等）進行全面考慮，并應兼顧刀尖本身的強度。

刀具究竟從什么位置開始移動到指定的位置呢？在程序執行的一開始，必須確定刀具在工件坐標系下開始運動的位置，這一位置即為程序執行時刀具相對與工件運動的起點，所以稱程序起始點或起刀點。此起始點一般通過對刀來確定，所以該點又稱對刀點。在編制程序時，要正確選擇對刀點的位置。對刀點設置原則是：便于數值處理和簡化程序編制。易于找正并在加工過程中便于檢查，引起的加工誤差小。對刀點可設置在加工零件上，也可以設置在夾具上或機床上，為了提高零件的加工精度，對刀點應盡量設置在零件的設計基準或工藝基準上。實際操作機床時，可以通過手工對刀操作把刀具的刀位點放到對刀點上，即“刀位點”與“對刀點”的重合，所謂“刀位點”是指刀具定位基準點，車刀的刀位點為刀尖或刀尖圓弧中心。用手動對到操作，對刀精度較低，且效率低。而有些工廠采用光學對刀鏡、對刀儀、自動對刀裝置等，以減少對刀時間，提高對刀精度。加工過程中需要換刀時，應規定換刀點。所謂“換刀點”時指刀架轉動換刀時的位置，換刀點應設在工件或夾具的外部，以換刀時不碰工件及其他部件為準。

4.加工路線的確定。走刀路線泛指刀具從起刀點開始運動起，直到返回該點并結束加工程序所經過的路徑。包括切削加工的路徑及刀具引入、切出等非切削空行程。加工路線應保證被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率較高。使走刀路線最短可以節省整個加工過程的執行時間，還能減少一些不必要的刀具消耗及機床進給機構滑動部件的磨損。

5. 合理選擇切削用量。數控車削中的切削用量包括切削深度、主軸轉速、進給速度。它們的選擇與普車所要求的基本對應一致， 但數控車床加工的零件往往較復雜，切削用量按一定的原則初定后， 還應結合零件實際加工情況隨時進行調整，調整方法是利用數控車床的操作面板上各種倍率開關，隨時進行調整，來實現切削用量的合理配置， 這對操作者來說應該具有一定的實際生產加工經驗。

6.數控程序的編制。數控車床的編程要先粗后精、先近后遠、先內后外、程序段最少、走刀路線最短，這就要求我們在編程時，特別注意理論聯系實際，并在大量的實踐中，對所學的知識進行驗證或修正，做到編制的程序最實用。

編程時常取零件要求尺寸的中值作為編程尺寸依據。如果遇到比機床所規定的最小編程單位還要小的數值時，應盡量向其最大實體尺寸靠攏并圓整。

編程時盡量符合各點重合的原則。也就是說，編程的原點要和設計的基準、對刀點的位置盡量重合起來，減少由于基準不重合所帶來的加工誤差。

巧利用切斷刀倒角。對切斷面帶倒角的零件，在批量車削加工中比較普遍，為了便于切斷并避免掉頭倒角，可巧利用切斷刀同時完成車倒角和切斷兩個工步，效果較好。同時切刀有兩個刀尖，在編程中要注意使用哪個刀尖及刀寬問題，防止對刀加工時出錯。

四、結語

對所輸入的程序進行試運行，并進行首件試切，校驗一下程序，觀察工藝效果，如有不當，應予改正，并再次試切，直到滿意為止。綜上所述，數控加工工藝的確定是零件加工的重要環節，工藝方案的好壞直接影響機床效率的發揮和零件的加工質量， 在實際教學和生產中應特別重視。

參考文獻：

[1]韓鴻鸞.數控加工工藝學[M].北京：勞動和社會保障出版社，2005，第二版.

[2]袁峰.數控車床培訓教程[M].北京：機械工業出版社，2008，第二版.