大型數(shù)控銑床金屬構(gòu)件的分體加工工藝研究

李棟梁，李生泉

（蘭州現(xiàn)代職業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730300）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)越來(lái)越向著機(jī)械化、自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展，使得生產(chǎn)效率有了極大地提高。生產(chǎn)效率的提高離不開(kāi)機(jī)械化設(shè)備的使用。隨著人們對(duì)生產(chǎn)精度和效率要求的不斷提高，機(jī)械化設(shè)備也越來(lái)越先進(jìn)。而先進(jìn)也隨之帶來(lái)了機(jī)械化設(shè)備金屬構(gòu)件的復(fù)雜化，這給金屬構(gòu)件制造帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)[1]。當(dāng)前金屬構(gòu)件制造主要通過(guò)各種大型數(shù)控機(jī)床來(lái)完成。數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化制造設(shè)備，人們只要提前設(shè)定好制造流程，數(shù)控機(jī)床就會(huì)一直按照既定的程序生產(chǎn)下去。這種設(shè)備極大的提高金屬構(gòu)件加工制造的精度和效率，但是該設(shè)備目前更適用于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的金屬構(gòu)件的加工，一旦金屬構(gòu)件較為復(fù)雜，其精度和效率將大大降低[2]。基于這種情況，一種新的制造技術(shù)出現(xiàn)，即分體加工工藝。分體加工工藝，顧名思義，就是將金屬構(gòu)件拆分成幾個(gè)部分，分別進(jìn)行加工，然后再組裝到一起，形成一個(gè)完整的金屬構(gòu)件。這種技術(shù)的出現(xiàn)很好地解決了大型數(shù)控銑床無(wú)法有效生產(chǎn)復(fù)雜金屬構(gòu)件的問(wèn)題。最后通過(guò)一個(gè)復(fù)雜齒輪的加工實(shí)例來(lái)檢驗(yàn)該工藝的加工質(zhì)量和效率，證明其有效性。

1 基于大型數(shù)控銑床的金屬構(gòu)件的分體加工工藝

數(shù)控機(jī)床根據(jù)加工器具的不同，分為不同的種類(lèi)，即銑床、磨床、鏜床、沖床等。其中，數(shù)控銑床是最常用的加工設(shè)備，其加工原理是利用銑刀具直接在待加工的原始金屬材料上銑削制出目標(biāo)工件的輪廓。數(shù)控銑床加工與其他加工方式相比，加工成本較低，且能夠切削硬度較大的金屬材料，多適用于單件及小批量金屬工件的加工制造。

基于上述數(shù)控銑床加工原理，本文針對(duì)復(fù)雜金屬構(gòu)件，研究一種分體加工工藝。工藝流程如下。

步驟1：金屬構(gòu)件分體。要想將復(fù)雜的金屬構(gòu)件簡(jiǎn)單化，首先就要對(duì)待加工金屬構(gòu)件進(jìn)行分體，即將一個(gè)完整的金屬構(gòu)件拆分成幾個(gè)部分，分別進(jìn)行加工和制造。金屬構(gòu)件分體不是隨意拆分的，需要考慮以下幾個(gè)方面。①考慮金屬構(gòu)件的類(lèi)型、大小、作用等；②考慮金屬構(gòu)件的加工材料的物理特性；③考慮金屬構(gòu)件在使用過(guò)程中的受力點(diǎn)；④考慮金屬構(gòu)件的加工難易程度；⑤考慮金屬構(gòu)件的加工成本。步驟2：金屬材料鍛造。選擇金屬構(gòu)件的原始材料，并截取相應(yīng)大小的金屬塊，然后將其鍛造成能夠制成金屬構(gòu)件的毛坯。步驟3：熱處理。金屬毛坯未經(jīng)處理時(shí)，一般內(nèi)部組織都不穩(wěn)定，若是直接用于金屬構(gòu)件加工，其力學(xué)性能較差，在使用過(guò)程中容易變形，因此需要對(duì)毛坯進(jìn)行熱處理，以改善毛坯質(zhì)量。熱處理主要包括四種方式：正火、回火、退火、淬火等。根據(jù)金屬材料的不同，這四種方式可以單獨(dú)使用，也可以組合使用。步驟4：確定加工方案。這是金屬構(gòu)件加工過(guò)程中最重要的一步，主要是為加工作業(yè)的進(jìn)行做好準(zhǔn)備，包括數(shù)控銑床的選擇、刀具類(lèi)型選擇、金屬構(gòu)件加工參數(shù)設(shè)置（如銑削速度、走刀量、進(jìn)給量以及銑削深度、銑削寬度等），加工程序編寫(xiě)、加工程序設(shè)置、加工路線規(guī)劃等。步驟5：按照設(shè)定好的加工方案，利用大型數(shù)控銑床對(duì)金屬毛坯進(jìn)行加工。步驟6：焊接組合。在金屬構(gòu)件各個(gè)分體部分加工制造完成后，需要將這些分散的部分焊接到一起，形成一個(gè)完整的金屬構(gòu)件。步驟7：金屬構(gòu)件精加工。金屬構(gòu)件在焊接完成后，為提高金屬構(gòu)件整體契合度和完整度，需要進(jìn)行精加工處理，包括：①焊縫整形，去除大接頭、贅瘤、焊瘤等部分；②熱加工，改善焊接接頭的組織和性能或消除殘余應(yīng)力，提高焊接質(zhì)量。步驟8：金屬構(gòu)件成品質(zhì)量檢驗(yàn)。在實(shí)際生產(chǎn)加工當(dāng)中，為保證所有金屬構(gòu)件的精度能滿足生產(chǎn)要求和標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)金屬構(gòu)件成品進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。

2 分體加工工藝檢驗(yàn)與分析

本章節(jié)以一個(gè)復(fù)雜的大模數(shù)雙聯(lián)齒輪這種金屬構(gòu)件為例，利用分體加工工藝進(jìn)行齒輪制造，并與傳統(tǒng)一體化加工工藝的加工質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比，證明所研究的大型數(shù)控銑床金屬構(gòu)件的分體加工工藝的加工質(zhì)量

2.1 大模數(shù)雙聯(lián)齒輪設(shè)計(jì)方案

所要生產(chǎn)的齒輪為一種大模數(shù)雙聯(lián)齒輪，該齒輪加工時(shí)，設(shè)計(jì)方案參數(shù)如下表1所示。

表1 大模數(shù)雙聯(lián)齒輪設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)置表

2.2 加工方案

對(duì)大模數(shù)雙聯(lián)齒輪進(jìn)行加工，所設(shè)置的加工方案參數(shù)如下表2所示。

表2 大模數(shù)雙聯(lián)齒輪加工方案

2.3 數(shù)控銑床選型

本次制作大模數(shù)雙聯(lián)齒輪所需要的數(shù)控銑床為XK550，該銑床主要技術(shù)參數(shù)如下表3所示。

表3 XK550數(shù)控銑床技術(shù)參數(shù)

2.4 大模數(shù)雙聯(lián)齒輪成品

根據(jù)表1大模數(shù)雙聯(lián)齒輪設(shè)計(jì)參數(shù)，按照表2加工方案，利用大型數(shù)控銑床對(duì)金屬毛坯（20CrMoTi碳鋼）進(jìn)行加工，得到的大模數(shù)雙聯(lián)齒輪成品如下圖1所示。

圖1 大模數(shù)雙聯(lián)齒輪成品示意圖

2.5 質(zhì)量等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

齒輪質(zhì)量等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如下表4所示。

表4 齒輪質(zhì)量等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.6 質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果與分析

分體加工工藝和一體化加工工藝的大模數(shù)雙聯(lián)齒輪成品質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果如下表5所示。

表5 齒輪加工精度檢驗(yàn)結(jié)果

從表5中可以看出，分體加工工藝制造出來(lái)的大模數(shù)雙聯(lián)齒輪各指標(biāo)均達(dá)到一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，而一體化加工工藝制造出來(lái)的大模數(shù)雙聯(lián)齒輪各指標(biāo)大部分都是二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，由此說(shuō)明所研究的分體加工工藝的加工精度更高。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，機(jī)械化生產(chǎn)極大的提高了生產(chǎn)效率，因此機(jī)械化設(shè)備制造工作一直是工業(yè)化領(lǐng)域的重點(diǎn)項(xiàng)目。機(jī)械化設(shè)備由各種金屬構(gòu)件組成，機(jī)械化設(shè)備生產(chǎn)精度越高，金屬構(gòu)件越復(fù)雜，導(dǎo)致利用當(dāng)前一體化加工工藝已經(jīng)無(wú)法滿足構(gòu)件制造要求。為此，本文研究一種大型數(shù)控銑床金屬構(gòu)件的分體加工工藝，將復(fù)雜的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化，最后通過(guò)加工一種復(fù)雜的大模數(shù)雙聯(lián)齒輪對(duì)工藝進(jìn)行驗(yàn)證，證明了所研究分體加工工藝的精度，為復(fù)雜金屬構(gòu)件的生產(chǎn)提供了參考和幫助。