淺探現(xiàn)代機(jī)械制造工藝及精密加工技術(shù)

李佳勝 林 媚 賈增畔

（濱州職業(yè)學(xué)院，山東 濱州 256600）

作為我國重要經(jīng)濟(jì)支柱，制造業(yè)在創(chuàng)造收益、提高整體競爭能力等方面發(fā)揮著重要作用，這種作用發(fā)揮需要得到各類新型技術(shù)的支持，本文研究的精密加工相關(guān)技術(shù)便屬于其中典型。為更好推進(jìn)制造業(yè)發(fā)展，各類新型技術(shù)的積極應(yīng)用必須得到高度重視。

1 常用的現(xiàn)代機(jī)械制造工藝及精密加工技術(shù)

1.1 現(xiàn)代機(jī)械制造工藝

機(jī)械設(shè)計(jì)、焊接設(shè)計(jì)等均屬于典型的現(xiàn)代機(jī)械制造工藝。以現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)為例，一般需要綜合應(yīng)用自動(dòng)化、互聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)等技術(shù)，保證機(jī)械設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)化與科學(xué)化，如通過繪圖技術(shù)在設(shè)計(jì)中精準(zhǔn)獲取設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，輔以CAD 等繪圖軟件，即可在設(shè)計(jì)中開展多維度平面開發(fā)，思維建模、模擬仿真等也能夠有序開展。在自動(dòng)設(shè)計(jì)繪圖軟件支持下，三維機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)將實(shí)現(xiàn)有效開發(fā)，相對(duì)成熟的各類軟件已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)三維模型框架快速構(gòu)建，滿足現(xiàn)代機(jī)械制造需要。此外，現(xiàn)代機(jī)械制造工藝同時(shí)關(guān)注污染控制和資源利用率提升，這使得綠色設(shè)計(jì)制造理念在機(jī)械制造工藝中的應(yīng)用也較為廣泛，同時(shí)融合傳統(tǒng)技術(shù)和現(xiàn)代工藝，現(xiàn)代機(jī)械制造工藝的先進(jìn)性將更好得到保證[1]。

1.2 現(xiàn)代機(jī)械精密加工技術(shù)

近年來國內(nèi)外機(jī)械精密加工領(lǐng)域發(fā)展迅速，各類新技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，如精密切削、精密研磨等加工技術(shù)。以精密切削加工技術(shù)為例，該技術(shù)通過金剛石刀具開展加工，在單晶金剛石刀具和高精密機(jī)床支持下，能夠滿足多種材料的高精度加工需要，該技術(shù)的具體應(yīng)用需要關(guān)注刀具的合理選擇，通過控制剪切力即可切削處理指定材料，該技術(shù)可細(xì)分為銑削、鏜削、車削等類型。以汽車模具制造中超精密切削加工技術(shù)的應(yīng)用為例，技術(shù)需要在粗加工階段完成模具外輪廓加工，并基于圓弧軌跡進(jìn)行刀具的切入和切出，避免模具、刀具損壞問題。汽車模具的輪廓在半精加工階段開展調(diào)整，需設(shè)置小切削用量，去除上一步驟的飛邊及毛刺。在精加工階段，需開展模具的表面和尺寸打磨，微切削用量下刀具切削深度需要盡可能減少，輔以圓弧方式的切出和切入，即可保證模具的精密度和光滑度[2]。

2 現(xiàn)代機(jī)械制造工藝及精密加工技術(shù)的具體應(yīng)用

為提升研究的實(shí)踐價(jià)值，本文以汽車齒輪傳動(dòng)的漸開線內(nèi)花鍵精細(xì)化加工為例，深入探討現(xiàn)代機(jī)械制造工藝及精密加工技術(shù)的具體應(yīng)用。

2.1 精密拉削技術(shù)

在傳動(dòng)軸和齒輪的加工的過程中，二者對(duì)加工的要求較高，主要體現(xiàn)在連接強(qiáng)度、安裝后運(yùn)行效果等方面，這一過程需要聚焦齒輪內(nèi)花鍵的細(xì)節(jié)加工，精度和位置帶來的影響最為深遠(yuǎn)，拉刀刀齒在其相關(guān)影響應(yīng)對(duì)方面發(fā)揮著關(guān)鍵性作用，位置精度控制則需要得到精密拉削工藝支持，圖1 為工件精度要求示意圖。

圖1 工件精度要求示意圖

考慮到漸開線內(nèi)花鍵分度圓與齒輪內(nèi)孔間存在極高同軸度要求，因此采用圖2 所示的拉刀結(jié)構(gòu)進(jìn)行精密拉削。

圖2 拉刀結(jié)構(gòu)示意圖

圍繞導(dǎo)向與齒輪內(nèi)孔在加工各環(huán)節(jié)的接觸進(jìn)行分析不難發(fā)現(xiàn)，依靠二者精度，即可實(shí)現(xiàn)同軸度的有效控制。考慮到拉刀前導(dǎo)向離開齒輪內(nèi)孔時(shí)精度控制會(huì)受到影響，因此還需要使用一套由后導(dǎo)向套、工件固定座、前導(dǎo)向套組成的夾具，在內(nèi)定位的方式支持下，夾具與拉刀的配合能夠同時(shí)應(yīng)對(duì)拉刀后導(dǎo)向帶來的影響，齒輪內(nèi)花鍵的具體加工也能夠由此更好推進(jìn)。在精密加工支持下，能夠得到H8/g6 的配合精度，具體加工過程需要做好齒輪毛坯件的嚴(yán)格固定，部件及設(shè)備的位置調(diào)整也需要結(jié)合實(shí)際情況開展，導(dǎo)向套的固定屬于其中關(guān)鍵，這關(guān)系著加工能否取得預(yù)期效果[3]。

2.2 精密加工內(nèi)花鍵底孔

拉削刀具導(dǎo)向接觸漸開線內(nèi)花鍵底孔過程中，該底孔的形狀、位置、尺寸精度需要設(shè)法嚴(yán)格控制，這關(guān)系著拉削工藝導(dǎo)向孔功能發(fā)揮情況，進(jìn)而影響具體加工過程。在本文研究中，選擇內(nèi)徑、深度分別為5mm、60mm 的內(nèi)花鍵底孔進(jìn)行分析，其屬于典型的深孔加工，存在多方面特點(diǎn)，如冷卻難度較高、排屑難度較大、無法有效潤滑、剛度不足等。為保證加工精度，內(nèi)花鍵底孔必須得到高精度加工，具體需要在立式加工中心完成加工，這能夠保證排屑的順利完成，加工精度受到的負(fù)面影響也能夠降到最低，同時(shí)需要優(yōu)選冷卻系統(tǒng)。為保證熱量和切屑能夠快速、有效被帶走，冷卻系統(tǒng)采用高壓力通過主軸類型，冷卻液能夠快速抵達(dá)和通過刀尖，這一過程需要得到容屑槽的支持，保證切屑能夠在被擊碎后順利壓出孔外，這對(duì)加工精度、刀具使用壽命均能夠帶來積極影響。考慮到精度要求、設(shè)備閑置、成本因素帶來的影響，加工過程需要設(shè)法充分保證刀具系統(tǒng)剛度，同時(shí)關(guān)注刀具加工深孔過程中對(duì)彎曲變形量的控制，這對(duì)加工精度帶來的影響同樣較為深遠(yuǎn)，圖3 為拉削工藝系統(tǒng)示意圖，圖4 為內(nèi)花鍵底孔價(jià)格部分工序。

圖3 拉削工藝系統(tǒng)示意圖

圖4 內(nèi)花鍵底孔價(jià)格部分工序

2.3 拉刀設(shè)計(jì)及材料選擇

槽型精度和尺寸控制會(huì)受到多方面因素影響，其中最關(guān)鍵的當(dāng)屬拉削刀具，因此需要設(shè)法優(yōu)化該刀具設(shè)計(jì)，并保證其制造精度，滿足高精度加工需要。在具體加工環(huán)節(jié)，漸開線內(nèi)花鍵槽拉刀屬于專用刀具，綜合考慮加工成本、加工效率、加工精度要求等因素，最終選擇的拉刀結(jié)構(gòu)為整體式結(jié)構(gòu)，具體構(gòu)成包括前后導(dǎo)向、刀齒及拉桿，這類結(jié)構(gòu)能夠滿足拉刀固定、生產(chǎn)傳力、同軸度控制等需要，其中刀齒屬于設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在，其由粗精拉齒、修正齒、容屑槽構(gòu)成，設(shè)計(jì)過程同時(shí)充分考慮了加工過程中的切屑產(chǎn)量，上述拉刀設(shè)計(jì)能夠通過大容量的容屑槽滿足生產(chǎn)需要，同時(shí)強(qiáng)度較高的拉刀結(jié)構(gòu)也能夠更好地滿足生產(chǎn)需要；為優(yōu)選相關(guān)材料，需充分結(jié)合深孔拉削的特點(diǎn)，解決冷卻、排屑等方面問題，考慮到強(qiáng)烈摩擦?xí)霈F(xiàn)于工件、切屑、刀具在拉削過程中相互接觸表面，較大的應(yīng)力和過高溫度會(huì)對(duì)拉刀刀齒表面造成影響，為應(yīng)對(duì)這種惡劣工作環(huán)境，需要選擇具備足夠韌性、強(qiáng)度、耐磨性、硬度、工藝性且耐高溫的拉刀材料，最終選擇典型的高合金鋼種粉末冶金高速鋼，該材料在耐磨、韌性、強(qiáng)度、耐高溫等方面表現(xiàn)突出，且相較于傳統(tǒng)高速鋼具備組織均勻等多方面優(yōu)勢，在碳化物微、淬火變形方面的表現(xiàn)也較為突出，在各領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值均較高，能夠較好滿足汽車齒輪傳動(dòng)的漸開線內(nèi)花鍵精密加工需要，圖5 為容屑槽截面示意圖。

圖5 容屑槽截面示意圖

2.4 刀具參數(shù)及加工要點(diǎn)

內(nèi)花鍵槽的成型需要通過切削加工實(shí)現(xiàn)，這一過程需要得到粗拉齒、精拉齒和修正齒的支持，相關(guān)參數(shù)設(shè)置直接影響加工效果，如齒數(shù)、齒距、齒升量等參數(shù)。圍繞齒升量參數(shù)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，該參數(shù)直接受到相鄰兩齒影響，其對(duì)所需齒數(shù)造成的影響也較為深遠(yuǎn)，因此直接關(guān)系精密拉刀生產(chǎn)，但需要關(guān)注該參數(shù)提升帶來的影響，如拉削力與齒升量間存在線性關(guān)系，二者能夠一同增加和減小，因此需要控制齒升量，避免生產(chǎn)加工過程的斷裂、超載等問題，齒升選擇合理性直接影響拉刀性能和正常生產(chǎn)。不同參數(shù)間存在的相互影響也需要得到重視，如齒距直接受到齒升量影響，因此需要綜合確定各參數(shù)，加工難度受到的不同參數(shù)影響也需要充分考慮。考慮到本文研究采用的材料為20CrMnTi，這種材料具備較為優(yōu)異的性能，現(xiàn)階段在我國各領(lǐng)域的應(yīng)用極為廣泛，為同時(shí)滿足的內(nèi)花鍵槽表面粗糙度要求，結(jié)合上文分析開展綜合考慮，基于強(qiáng)度、精密性、容屑因素帶來的影響，本文研究最終設(shè)計(jì)了擁有五個(gè)刀齒的拉刀，一二刀齒、四五刀齒分別為粗加工刀齒、修正齒，本文研究的精加工由剩余刀齒完成。刀齒1-3 的齒升量分別為0.06mm、0.05mm、0.02mm，刀齒1-5 的齒前角均為12°，齒后角均為2°，刀齒1-3 的刃帶寬度為0.15mm，刀齒4-5 的刃帶寬度為0.3mm；在具體的刀具加工過程中，結(jié)合精度要求高、尺寸小特點(diǎn)，拉刀加工順序設(shè)定為：“毛坯（無心磨）→刀桿及導(dǎo)向（外圓磨）→刀齒及后導(dǎo)向（工具磨）→刀齒齒形切割（慢走絲線）”。

綜上所述，現(xiàn)代機(jī)械制造工藝及精密加工技術(shù)具備廣闊發(fā)展前景。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的汽車齒輪傳動(dòng)的漸開線內(nèi)花鍵精細(xì)化加工實(shí)例，該實(shí)踐能夠?yàn)橥愌芯刻峁┯辛χС帧楦瞄_展相關(guān)加工生產(chǎn)，必須深化理論研究和實(shí)踐探索，新型材料和設(shè)備的積極應(yīng)用、智能化加工的相關(guān)探索同樣需要得到業(yè)內(nèi)人士高度重視。