數控軸類零件加工工藝設計

張 棟

（黑龍江農業工程職業學院,黑龍江，150088）

數控軸類零件加工工藝設計

張 棟

（黑龍江農業工程職業學院,黑龍江，150088）

隨著數控技術的日益成熟，數控技術的應用領域也在不斷的擴大。本文以數控軸類零件為研究對象，對其進行了工藝方案的分析，工裝方案的確定，刀具和切削用量的選擇。通過分析可知，該數控軸類零件的加工工藝整體設計具有可行性，能夠完全滿足精度、效率和工序要求。

數控技術；軸類零件；工藝設計

1 典型軸類零件的加工工藝

1.1 軸類零件的功用、結構特點

軸類零件是比較常見的機械零件，在整個機械行業制品中所占的比例很大，應用很廣泛。按機構形式不同，軸可以分為階梯軸、錐度心軸、光軸、空心軸、曲軸、凸輪軸、偏心軸等。軸類零件在機械中承擔著于支承齒輪、帶輪、凸輪以及連桿等傳動件，以傳遞扭矩的作用。

1.2 軸類零件的一般加工要求及方法

軸類零件中工藝規程的制訂，直接關系到工件質量、勞動率和經濟效益。盡管任一零件都有著多種的加工方法，但無論如何選擇都需要遵循一定的規律：首先要對零件圖進行分析，研究零件結構的特點、精度、材質等要求；其次，根據實際的條件確定合理的工藝規程。

1.3 軸類零件加工的工藝路線

一般的零件加工工藝路線為：下料→鍛造→正火→粗加工→半精加工→滲碳→去碳加工（對不需提高硬度部分）→淬火→車螺紋、鉆孔或銑槽→粗磨→低溫時效→半精磨→低溫時效→精磨。

2 數控車床的概述

2.1 數控機床的產生及發展

近年來，數控技術進入了快速發展時期，世界上第一臺數控機床出現于1952年，是由美國麻省理工大學研發成功的，自此之后，世界各國紛紛投入資金對數控機床進行研發、生產和使用。我國數控技術的發展經歷了四個階段：第一階段是1958年至60年代中期，這是我國數控技術的研發開始階段；自60年代中期到70年代，數控技術逐步成熟并開始應用于車、鉆、齒輪加工等領域；自70年代至80年代我國積極引進日本、美國等先進的數控技術并加以吸收、消化，使我國的數控技術有了進一步的發展；自1985年我國數控機床品種有了新的發展，但數控機床主要走中低端路線，80%的高端數控機床要進口，因此研發高檔機床是我國目前發展的重要領域。

數控機床由程序介質、輸入輸出裝置、數控裝置、伺服驅動裝置與檢測反饋裝置及機床本體這五部分組成。同普通機床相比，數控機床在機械結構上減少了齒輪、軸類零件和軸承的數量；在操作上減少了手動操作機構的設置，使常用的操作按鈕數量更少，操作更方便、更簡單。

2.2 數控機床的使用范圍

數控機床的應用范圍很廣，能夠以編程的方式進行各種零部件的加工，實用性很強，然而，由于價格昂貴，數控機床的使用范圍受到了制約，并不適合所有類型的加工設計。目前，該設備主要的使用范圍是：①加工精度高、結構形狀復雜的零件；②嚴格按照既定標準、尺寸加工設計的零部；③本身價值比較高的零件。相對于其他類型的加工設備，數控機床具有加工精度高、加工穩定可靠、高柔性、生產效率高、勞動條件好等優勢。據有關資料統計，當生產批量在100件以下，用數控機床加工具有一定復雜程度零件時，加工費用最低，獲得的經濟效益最高。

2.3 數控機床的發展方向

（1）高速化

近年來，隨著我國機械制造業的飛速發展，需求也在不斷增強，而作為工業制造的必備的設備，我國機床行業每年以兩位數的速度增長，迎來快速發展時期，數控機床已成為我國機床消費的主流。不同行業對于數控機床有著不同的需求，航空領域需要的是高速、精密以及多軸聯動的產品；電力行業需要的是高剛性、大扭矩的數控產品；而汽車工業需要的是大量生產線的專用機床。

（2）高精度化

隨著國內制造業轉型升級步伐的加快，數控化加工是機械加工行業朝高質量，高精度，高成品率，高效率發展的趨勢。我國對高端精密加工設備的需求與日俱增，用戶對于高端機床產品的需求也越來越大。數控機床的高精度化發展，現在更專注于運動精度、熱變形以及對振動的監測和補償研究，以求能夠達到數控機床最佳精度狀態。總的來看，市場對機床工具產品的需求已經過渡到中高端領域，普通機床產品的市場空間將越來越小。

（3）控制智能化

當今的市場充分證明，現在數控機床的智能化已經成為市場的熱門需求和話題，智能化是機床行業發展趨勢，個性化定制、系統解決方案，以技術為依托為客戶提供智能輸送整體解決方案，正在逐步變成現實。數控技術的智能化主要包括加工過程自適應控制技術、加工參數的智能優化與選擇、智能故障自診斷與自修復技術、智能故障回放和故障仿真技術、智能化交流伺服驅動裝置、智能4M數控系統等。

（4）極端化(大型化和微型化)

隨著我國高精密產業的發展，數控機床越來越凸顯出其自身優勢，其能夠適應我國大型機械化發展趨勢，不僅可以滿足大型裝備的功能性要求，還滿足了其精度要求。目前，航空航天、半導體、光學部件、超精密軸承等零件加工，引入了超精密加工技術、納米級技術，該技術要求發展能適應微小型尺寸和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備，而數控機床與傳統機床球體磨床相比，增加了數控系統和相應的監控裝置等，應用了大量的電氣、液壓和機電裝置，使失效的概率大幅度降低。

（5）網絡化

數控機床主要著眼于以數字化和網絡化為支持的智能化生產，網絡化是其必然的發展趨勢。數控機床的網絡化發展，能夠實現數據參數的有效流通、共享，便于對數控機床的遠程監控。

（6）加工過程綠色化

環境問題是全球性問題，特別是對于我國來說，環境問題目前已經成為中國社會經濟發展面臨的嚴重挑戰之一，這一問題的日益突出和擴大，已經影響到區域的生態安全和可持續發展。數控機床的生產過程中需要大量資源，隨著人們環保意識的增強，資源和環境問題得到了廣泛的重視，近年來環保車床不斷涌現，環保節能已成為工程機械產品升級的基本特征，綠色制造代表了未來全球發展的方向，環保節能機床的加速發展會使企業在市場上保持競爭優勢和領先地位。

3 本零件的設計分析

3.1 零件圖紙的工藝分析

如圖1

3.2 加工難點及處理方案

分析圖紙可知，此零件表面由圓柱、順圓弧、逆圓弧、圓錐、槽、螺紋等組成，對平面度的要求很高，為提高零件的質量，需要根據零件的形狀、尺寸大小和形位公差要求選擇合理的加工方案：

（1）結合加工零件的形狀和材料等條件，選用CJK6032數控機床。

（2）對圖樣上給定的幾個精度要求較高的尺寸，編程時采用中間值。

（3）加工工序為：預備加工—車端面—粗車右端輪廓—精車右端輪廓—切槽—工件調頭—車端面—粗車左端輪廓—精車左端輪廓—切退刀槽—粗車螺紋—精車螺紋。

3.3 零件設備的選擇

根據軸類零件的特點，既有切槽尺寸精度又有圓弧數值精度，該零件的加工對于技術要求更為嚴格，而普通車床加工設備很明顯不具備該優勢。而數控車床加工精度高，能做直線和圓弧插補，且剛性良好，能方便和精確地進行人工補償和自動補償，可以保障其加工的尺寸精度和表面質量。根據零件的工藝要求，可以選擇經濟型數控車床，本文選用CJK6032數控機床加工該零件。該機床采用的是步進電動機形式半閉環伺服系統，設置三爪自定心卡盤、普通尾座或數控液壓尾座，適合車削較長的軸類零件，且機構簡單，價格相對較低。

圖1

3.4 刀具與切削用量的選擇

影響數控車床切削效率的因素有很多，主要有人為因素、環境因素及刀具和切削用量的選擇，這些都制約著數控車床的工作狀態，尤其是對于刀具的合理選擇，能夠加快數控車床的工作效率，保證零件加工質量。刀具的選擇標準是刀具復雜程度、制造和磨刀成本。相對于普通機床而言，數控加工對刀具在剛性、精度、耐用度上有著更為嚴格的要求，同時，還要求所選擇的道具尺寸穩定、便于安裝調試。工件材料的切削加工性能是很復雜的，強度、硬度、塑性、提供冷切削加工、機械性能都跟工件的材料有關。經過研究圖紙發現，該軸零件加工中，刀具與工件之間的切削力較大，所以選擇45鋼為該軸類零件的材料。

3.5 設置刀點和換刀位

設置數控車床刀具的換刀點是編制加工程序過程中必須考慮的問題，因此，數控機床加工零件編程時，應該盡量簡化程序，本著方便數據處理的原則，合理設置對刀點。換刀點最安全的位置是換刀時刀架或刀盤上的任何刀具都不與工件或機床其他部件發生碰撞的位置。一般地來說，換刀點的軸向位置由刀架向伸出最長的刀具（如內孔鏜刀、鉆頭等）決定，換刀點的徑向位置則由刀架上徑向伸出最長的刀具（如外圓車刀、切槽刀等）決定。

[1]王小翠,李蔚,侯志敏.細長軸車削用量優化與加工變形誤差補償技術的研究[J].制造技術與機床. 2007(10)

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[3]周翀.基于環體機械零件加工工藝技術改進與夾具設計分析探討[J].廣東建材.2009(08)

[4]劉合群.數控車削加工梯形螺紋的方法研究[J].湖南農機. 2013(07)

Design on CNC machining technology of Axial parts

Zhang Dong
（Heilongjiang agricultural engineering vocational college,Heilongjiang,150088）

As the numerical control technology is increasingly mature,its applications are constantly expanding.This paper makes the numerical control shaft parts as the research object,analyzes the process program,the determination of tooling, the selection of cutting tool and cutting parameter.Through the analysis,the design on CNC machining technology of axial parts has feasibility,can completely meet the precision efficiency and process requirements.

numerical control technology; shaft parts;technological design

TH162+.1

A

張棟（1984-），男，黑龍江省哈爾濱市人，本科，助教，研究方向：數控技術。