農(nóng)業(yè)機械中基軸制孔系零件數(shù)控加工與應(yīng)用研究

宋惠珍

（南京機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 211135）

箱體孔系零件數(shù)控加工的工藝設(shè)計是連接產(chǎn)品設(shè)計和制造的重要紐帶，其工藝加工系統(tǒng)是重要的環(huán)節(jié)，直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和制造成本。筆者就農(nóng)業(yè)機械中的基軸制箱體孔系零件來看，對其生產(chǎn)加工質(zhì)量進行分析，研究這一孔系零件的數(shù)控加工技術(shù)，以期為促進技術(shù)優(yōu)化提供一些思路和參考[1]。

1 農(nóng)業(yè)機械中箱體孔系零件數(shù)控加工

如圖1所示，使用45鋼，硬度為調(diào)質(zhì)處理硬度22 HBW~250 HBW。4組加工面及多個孔和螺紋，以Φ70外圓為中心進行加工，包括Φ70端面、Φ50孔、Φ145孔。其具體工藝分析如下。

圖1 箱體孔系零件數(shù)控加工平面示意圖

1.1 孔軸配合工藝分析

針對孔軸配合相關(guān)類型進行分析，發(fā)現(xiàn)基軸和按孔的相互尺寸包含3種，間隙配合、過渡配合、過盈配合。在具體的制造中，選擇配合方式至關(guān)重要，而如何選擇一般需要結(jié)合配合的實際用途來進行。如果用途是發(fā)揮緊固聯(lián)結(jié)效果，最好選擇過盈配合；如果用途是實現(xiàn)配合件之間的相對定位，應(yīng)該選擇過渡配合[2]。孔軸之間的基本偏差組合對于配合性質(zhì)也會產(chǎn)生較大影響，在完成組合后，如果出現(xiàn)孔大軸小的情況，屬于間隙配合范疇，相反則代表是過盈配合。這里的過渡配合主要指眾多的軸和眾多對應(yīng)的孔在隨機配合的情況下，單個配合的效果中包含間隙配合或過盈配合，可見過渡配合的條件必須要眾多的孔和眾多的軸，對于孔軸數(shù)量有一定要求[3]。

1.2 孔軸配合的具體選擇

在農(nóng)業(yè)機械的基軸制孔系零件加工中，一般會選擇保持一個固定的孔或者是軸，將其作為因變量，而選擇其他對應(yīng)的配合尺寸來圍繞其進行配合變化，這樣就實現(xiàn)了配合性質(zhì)的有效選擇。之所以這樣處理，主要是有以下幾點目的：

1）盡可能減少配合種類組合，使選擇難度降低。

2）孔軸中有一方是固定的，因此在加工過程中，能夠減少孔軸規(guī)格類型。這種處理模式也就是筆者提到的基準制。如果是選擇孔的偏差固定，軸是自變量的情況下即為基孔制；而反過來，軸偏差作為固定項，孔作為自變量，即為基軸制[4]。相應(yīng)基準值選擇需要思考是不是應(yīng)該配合零件加工制造需要來進行優(yōu)化，所以，在基準值選擇中，一般將成本更高、加工難度更大的一方作為固定項。

1.3 基面的選擇

在這個箱體孔系零件加工中，基面選擇是重要的工作之一，基面選擇是保證加工質(zhì)量的前提。在此零件的結(jié)構(gòu)尺寸以及加工精度的要求，毛坯以模鍛方式進行加工，提升毛坯的精準度。加工時，選擇外圓表面作為粗基準。為了滿足加工需求，從加工簡化的角度出發(fā)，采用車削加工，精度要求方面應(yīng)該以外圓表面定位，均一次性裝夾完成，簡化輔助工序保證位置的精準度。

2 數(shù)控機床實現(xiàn)孔系零件加工精度提升要點

2.1 加工精度影響因素

對用數(shù)控機床加工的農(nóng)業(yè)機械基軸制孔系零件而言，具體的加工精度是決定機床能否投入生產(chǎn)加工市場的關(guān)鍵指標。就數(shù)控機床加工中孔系零件的加工誤差種類來看，包含準靜態(tài)誤差以及動態(tài)誤差。準靜態(tài)誤差主要是指機床本身的組成零部件在生產(chǎn)制造、裝配、鉸鏈間隙處理、伺服控制、切削荷載、熱變形等過程中可能出現(xiàn)的誤差帶來的機床加工誤差；而動態(tài)誤差則是指機床結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的動態(tài)特性和切削過程耦合所帶來的振動，最終導(dǎo)致在機床運動加工中出現(xiàn)誤差。就數(shù)控機床加工中孔系零件來看，機械誤差是數(shù)控機床加工中孔系零件準靜態(tài)誤差最主要的原因，例如機床相應(yīng)部件在制造中存在誤差或者是裝配出現(xiàn)誤差，都會導(dǎo)致準靜態(tài)誤差出現(xiàn)[5]。

2.2 加工精度提升對策

針對農(nóng)業(yè)機械的孔系零件加工，在數(shù)控機床加工孔系零件的精度設(shè)計中，精度設(shè)計是要實現(xiàn)機床誤差的降低，具體的精度設(shè)計中需要重點解決精度預(yù)估以及精度綜合問題。其中精度預(yù)估主要是為了根據(jù)相應(yīng)精度等級來確定待加工工件的制造公差，按照閉鏈約束來構(gòu)建相應(yīng)的誤差模型，最后在統(tǒng)計意義下預(yù)估刀具在相應(yīng)工作空間中的位姿方差，再借助靈敏度分析來優(yōu)化和完善具體的加工工藝參數(shù)，保證預(yù)期的精度目標得以實現(xiàn)。在機床設(shè)計開展過程中，精度綜合至關(guān)重要，這是精度設(shè)計的逆問題。實施精度綜合實際上是對于預(yù)先給定的刀具在相應(yīng)工作空間中的最大位姿體積誤差，計算分配到零件的制造公差，實現(xiàn)相應(yīng)差值的均衡[6]。簡單來說，精度綜合實際上是一類將零部件制造公差看作設(shè)計變量，將關(guān)于誤差靈敏度矩陣的加權(quán)歐氏范數(shù)作為最大目標，最后以公差在相同精度等級下實現(xiàn)均衡為約束，作為二次線性規(guī)劃問題的約束條件。通過有效的精度控制，確保孔系零件的數(shù)控加工能夠嚴格執(zhí)行相關(guān)零件的加工要求，精準地控制孔系零件的直徑、孔深等參數(shù)，有效保證加工誤差控制在合理范圍內(nèi)，提升農(nóng)業(yè)機械基準值孔系零件加工水平。

3 數(shù)控加工在孔系零件加工中的應(yīng)用推廣

現(xiàn)階段，多數(shù)農(nóng)業(yè)機械制造企業(yè)對于數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用積極性并不高，認為使用數(shù)控加工技術(shù)來生產(chǎn)農(nóng)業(yè)機械，有些大材小用，認為農(nóng)業(yè)機械屬于機械生產(chǎn)中技術(shù)水平要求比較低的機械產(chǎn)品，而數(shù)控加工技術(shù)屬于高端的加工技術(shù)，所以在農(nóng)業(yè)機械制造中應(yīng)用數(shù)控加工技術(shù)并不劃算，成本高，會導(dǎo)致一定的資源浪費。隨著國內(nèi)數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展進步，國產(chǎn)經(jīng)濟型數(shù)控加工中心價格也在不斷降低。在孔系零件加工中，孔加工以及輪廓銑削是應(yīng)用比較多的加工內(nèi)容。從目前的數(shù)控加工技術(shù)投入來看，成本是十分親民的，且數(shù)控加工技術(shù)和質(zhì)量都在不斷提升，因此后期維護保養(yǎng)也不需要過度擔(dān)心。此外，一臺數(shù)控加工設(shè)備的有效使用，可以完成3臺鉆銑床的加工任務(wù)，所以在一定程度上也減少了其他設(shè)備和人員使用，整體機床加工成本實際上并不高。從長遠角度來看，數(shù)控機床在孔系零件加工中應(yīng)用效益更理想。

4 結(jié)語

農(nóng)業(yè)機械的零件加工中，孔系零件是比較多見的，要提升農(nóng)業(yè)機械的生產(chǎn)加工質(zhì)量，必須要注重孔系零件加工質(zhì)量的提升。在具體應(yīng)用中，引入數(shù)控加工技術(shù)，能夠有效控制零件加工精度，通過數(shù)控加工機床參數(shù)設(shè)定，配合有效的切削技術(shù)，將孔系零件加工誤差控制在合理范圍內(nèi)。且使用數(shù)控加工技術(shù)替代傳統(tǒng)的孔系零件加工技術(shù)，人力資源的使用大大減少，且設(shè)備一次性投入也比較合理。在孔系零件加工中，應(yīng)用數(shù)控加工技術(shù)整體加工帶來的效益是更理想的，能夠降低加工成本，還能提升生產(chǎn)加工效率。但是需要注意的是，在數(shù)控機床加工中，需要把握孔系零件加工的精度控制工作，通過有效的管控，保證加工質(zhì)量穩(wěn)定。