淺探現代機械制造工藝及精密加工技術

李佳勝 林 媚 賈增畔

（濱州職業學院，山東 濱州 256600）

作為我國重要經濟支柱，制造業在創造收益、提高整體競爭能力等方面發揮著重要作用，這種作用發揮需要得到各類新型技術的支持，本文研究的精密加工相關技術便屬于其中典型。為更好推進制造業發展，各類新型技術的積極應用必須得到高度重視。

1 常用的現代機械制造工藝及精密加工技術

1.1 現代機械制造工藝

機械設計、焊接設計等均屬于典型的現代機械制造工藝。以現代化機械設計為例，一般需要綜合應用自動化、互聯網、計算機等技術，保證機械設計的精準化與科學化，如通過繪圖技術在設計中精準獲取設計數據，輔以CAD 等繪圖軟件，即可在設計中開展多維度平面開發，思維建模、模擬仿真等也能夠有序開展。在自動設計繪圖軟件支持下，三維機械產品設計將實現有效開發，相對成熟的各類軟件已經能夠實現三維模型框架快速構建，滿足現代機械制造需要。此外，現代機械制造工藝同時關注污染控制和資源利用率提升，這使得綠色設計制造理念在機械制造工藝中的應用也較為廣泛，同時融合傳統技術和現代工藝，現代機械制造工藝的先進性將更好得到保證[1]。

1.2 現代機械精密加工技術

近年來國內外機械精密加工領域發展迅速，各類新技術得到廣泛應用，如精密切削、精密研磨等加工技術。以精密切削加工技術為例，該技術通過金剛石刀具開展加工，在單晶金剛石刀具和高精密機床支持下，能夠滿足多種材料的高精度加工需要，該技術的具體應用需要關注刀具的合理選擇，通過控制剪切力即可切削處理指定材料，該技術可細分為銑削、鏜削、車削等類型。以汽車模具制造中超精密切削加工技術的應用為例，技術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整，需設置小切削用量，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 現代機械制造工藝及精密加工技術的具體應用

為提升研究的實踐價值，本文以汽車齒輪傳動的漸開線內花鍵精細化加工為例，深入探討現代機械制造工藝及精密加工技術的具體應用。

2.1 精密拉削技術

在傳動軸和齒輪的加工的過程中，二者對加工的要求較高，主要體現在連接強度、安裝后運行效果等方面，這一過程需要聚焦齒輪內花鍵的細節加工，精度和位置帶來的影響最為深遠，拉刀刀齒在其相關影響應對方面發揮著關鍵性作用，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

考慮到漸開線內花鍵分度圓與齒輪內孔間存在極高同軸度要求，因此采用圖2 所示的拉刀結構進行精密拉削。

圖2 拉刀結構示意圖

圍繞導向與齒輪內孔在加工各環節的接觸進行分析不難發現，依靠二者精度，即可實現同軸度的有效控制。考慮到拉刀前導向離開齒輪內孔時精度控制會受到影響，因此還需要使用一套由后導向套、工件固定座、前導向套組成的夾具，在內定位的方式支持下，夾具與拉刀的配合能夠同時應對拉刀后導向帶來的影響，齒輪內花鍵的具體加工也能夠由此更好推進。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格固定，部件及設備的位置調整也需要結合實際情況開展，導向套的固定屬于其中關鍵，這關系著加工能否取得預期效果[3]。

2.2 精密加工內花鍵底孔

拉削刀具導向接觸漸開線內花鍵底孔過程中，該底孔的形狀、位置、尺寸精度需要設法嚴格控制，這關系著拉削工藝導向孔功能發揮情況，進而影響具體加工過程。在本文研究中，選擇內徑、深度分別為5mm、60mm 的內花鍵底孔進行分析，其屬于典型的深孔加工，存在多方面特點，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，加工精度受到的負面影響也能夠降到最低，同時需要優選冷卻系統。為保證熱量和切屑能夠快速、有效被帶走，冷卻系統采用高壓力通過主軸類型，冷卻液能夠快速抵達和通過刀尖，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、設備閑置、成本因素帶來的影響，加工過程需要設法充分保證刀具系統剛度，同時關注刀具加工深孔過程中對彎曲變形量的控制，這對加工精度帶來的影響同樣較為深遠，圖3 為拉削工藝系統示意圖，圖4 為內花鍵底孔價格部分工序。

圖3 拉削工藝系統示意圖

圖4 內花鍵底孔價格部分工序

2.3 拉刀設計及材料選擇

槽型精度和尺寸控制會受到多方面因素影響，其中最關鍵的當屬拉削刀具，因此需要設法優化該刀具設計，并保證其制造精度，滿足高精度加工需要。在具體加工環節，漸開線內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，最終選擇的拉刀結構為整體式結構，具體構成包括前后導向、刀齒及拉桿，這類結構能夠滿足拉刀固定、生產傳力、同軸度控制等需要，其中刀齒屬于設計的關鍵所在，其由粗精拉齒、修正齒、容屑槽構成，設計過程同時充分考慮了加工過程中的切屑產量，上述拉刀設計能夠通過大容量的容屑槽滿足生產需要，同時強度較高的拉刀結構也能夠更好地滿足生產需要；為優選相關材料，需充分結合深孔拉削的特點，解決冷卻、排屑等方面問題，考慮到強烈摩擦會出現于工件、切屑、刀具在拉削過程中相互接觸表面，較大的應力和過高溫度會對拉刀刀齒表面造成影響，為應對這種惡劣工作環境，需要選擇具備足夠韌性、強度、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、強度、耐高溫等方面表現突出，且相較于傳統高速鋼具備組織均勻等多方面優勢，在碳化物微、淬火變形方面的表現也較為突出，在各領域的應用價值均較高，能夠較好滿足汽車齒輪傳動的漸開線內花鍵精密加工需要，圖5 為容屑槽截面示意圖。

圖5 容屑槽截面示意圖

2.4 刀具參數及加工要點

內花鍵槽的成型需要通過切削加工實現，這一過程需要得到粗拉齒、精拉齒和修正齒的支持，相關參數設置直接影響加工效果，如齒數、齒距、齒升量等參數。圍繞齒升量參數進行分析可以發現，該參數直接受到相鄰兩齒影響，其對所需齒數造成的影響也較為深遠，因此直接關系精密拉刀生產，但需要關注該參數提升帶來的影響，如拉削力與齒升量間存在線性關系，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。不同參數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，加工難度受到的不同參數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異的性能，現階段在我國各領域的應用極為廣泛，為同時滿足的內花鍵槽表面粗糙度要求，結合上文分析開展綜合考慮，基于強度、精密性、容屑因素帶來的影響，本文研究最終設計了擁有五個刀齒的拉刀，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，結合精度要求高、尺寸小特點，拉刀加工順序設定為：“毛坯（無心磨）→刀桿及導向（外圓磨）→刀齒及后導向（工具磨）→刀齒齒形切割（慢走絲線）”。

綜上所述，現代機械制造工藝及精密加工技術具備廣闊發展前景。在此基礎上，本文涉及的汽車齒輪傳動的漸開線內花鍵精細化加工實例，該實踐能夠為同類研究提供有力支持。為更好開展相關加工生產，必須深化理論研究和實踐探索，新型材料和設備的積極應用、智能化加工的相關探索同樣需要得到業內人士高度重視。