数控轴类零件加工工艺设计

1典型轴类零件的加工工艺

1.1轴类零件的功用、结构特点

轴类零件是比较常见的机械零件，在整个机械行业制品中所占的比例很大，应用很广泛。按机构形式不同，轴可以分为阶梯轴、锥度心轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴等。轴类零件在机械中承担着于支承齿轮、带轮、凸轮以及连杆等传动件，以传递扭矩的作用。

1.2轴类零件的一般加工要求及方法

轴类零件中工艺规程的制订，直接关系到工件质量、劳动率和经济效益。尽管任一零件都有着多种的加工方法，但无论如何选择都需要遵循一定的规律：首先要对零件图进行分析，研究零件结构的特点、精度、材质等要求；其次，根据实际的条件确定合理的工艺规程。1.3轴类零件加工的工艺路线一般的零件加工工艺路线为：下料锻造正火粗加工半精加工渗碳去碳加工（对不需提高硬度部分）淬火车螺纹、钻孔或铣槽粗磨低温时效半精磨低温时效精磨。

2数控车床的概述

2.1数控机床的产生及发展

近年来，数控技术进入了快速发展时期，世界上第一台数控机床出现于1952年，是由美国麻省理工大学研发成功的，自此之后，世界各国纷纷投入资金对数控机床进行研发、生产和使用。我国数控技术的发展经历了四个阶段：第一阶段是1958年至60年代中期，这是我国数控技术的研发开始阶段；自60年代中期到70年代，数控技术逐步成熟并开始应用于车、钻、齿轮加工等领域；自70年代至80年代我国积极引进日本、美国等先进的数控技术并加以吸收、消化，使我国的数控技术有了进一步的发展；自1985年我国数控机床品种有了新的发展，但数控机床主要走中低端路线，80%的高端数控机床要进口，因此研发高档机床是我国目前发展的重要领域。数控机床由程序介质、输入输出装置、数控装置、伺服驱动装置与检测反馈装置及机床本体这五部分组成。同普通机床相比，数控机床在机械结构上减少了齿轮、轴类零件和轴承的数量；在操作上减少了手动操作机构的设置，使常用的操作按钮数量更少，操作更方便、更简单。

2.2数控机床的使用范围

数控机床的应用范围很广，能够以编程的方式进行各种零部件的加工，实用性很强，然而，由于价格昂贵，数控机床的使用范围受到了制约，并不适合所有类型的加工设计。目前，该设备主要的使用范围是：①加工精度高、结构形状复杂的零件；②严格按照既定标准、尺寸加工设计的零部；③本身价值比较高的零件。相对于其他类型的加工设备，数控机床具有加工精度高、加工稳定可靠、高柔性、生产效率高、劳动条件好等优势。据有关资料统计，当生产批量在100件以下，用数控机床加工具有一定复杂程度零件时，加工费用最低，获得的经济效益最高。

2.3数控机床的发展方向

（1）高速化近年来，随着我国机械制造业的飞速发展，需求也在不断增强，而作为工业制造的必备的设备，我国机床行业每年以两位数的速度增长，迎来快速发展时期，数控机床已成为我国机床消费的主流。不同行业对于数控机床有着不同的需求，航空领域需要的是高速、精密以及多轴联动的产品；电力行业需要的是高刚性、大扭矩的数控产品；而汽车工业需要的是大量生产线的专用机床。（2）高精度化随着国内制造业转型升级步伐的加快，数控化加工是机械加工行业朝高质量，高精度，高成品率，高效率发展的趋势。我国对高端精密加工设备的需求与日俱增，用户对于高端机床产品的需求也越来越大。数控机床的高精度化发展，现在更专注于运动精度、热变形以及对振动的监测和补偿研究，以求能够达到数控机床最佳精度状态。总的来看，市场对机床工具产品的需求已经过渡到中高端领域，普通机床产品的市场空间将越来越小。（3）控制智能化当今的市场充分证明，现在数控机床的智能化已经成为市场的热门需求和话题，智能化是机床行业发展趋势，个性化定制、系统解决方案，以技术为依托为客户提供智能输送整体解决方案，正在逐步变成现实。数控技术的智能化主要包括加工过程自适应控制技术、加工参数的智能优化与选择、智能故障自诊断与自修复技术、智能故障回放和故障仿真技术、智能化交流伺服驱动装置、智能4M数控系统等。（4）极端化(大型化和微型化)随着我国高精密产业的发展，数控机床越来越凸显出其自身优势，其能够适应我国大型机械化发展趋势，不仅可以满足大型装备的功能性要求，还满足了其精度要求。目前，航空航天、半导体、光学部件、超精密轴承等零件加工，引入了超精密加工技术、纳米级技术，该技术要求发展能适应微小型尺寸和微纳米加工精度的新型制造工艺和装备，而数控机床与传统机床球体磨床相比，增加了数控系统和相应的监控装置等，应用了大量的电气、液压和机电装置，使失效的概率大幅度降低。（5）网络化数控机床主要着眼于以数字化和网络化为支持的智能化生产，网络化是其必然的发展趋势。数控机床的网络化发展，能够实现数据参数的有效流通、共享，便于对数控机床的远程监控。（6）加工过程绿色化环境问题是全球性问题，特别是对于我国来说，环境问题目前已经成为中国社会经济发展面临的严重挑战之一，这一问题的日益突出和扩大，已经影响到区域的生态安全和可持续发展。数控机床的生产过程中需要大量资源，随着人们环保意识的增强，资源和环境问题得到了广泛的重视，近年来环保车床不断涌现，环保节能已成为工程机械产品升级的基本特征，绿色制造代表了未来全球发展的方向，环保节能机床的加速发展会使企业在市场上保持竞争优势和领先地位。

3本零件的设计分析

3.1零件图纸的工艺分析

3.2加工难点及处理方案

分析图纸可知，此零件表面由圆柱、顺圆弧、逆圆弧、圆锥、槽、螺纹等组成，对平面度的要求很高，为提高零件的质量，需要根据零件的形状、尺寸大小和形位公差要求选择合理的加工方案：（1）结合加工零件的形状和材料等条件，选用CJK6032数控机床。（2）对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，编程时采用中间值。（3）加工工序为：预备加工—车端面—粗车右端轮廓—精车右端轮廓—切槽—工件调头—车端面—粗车左端轮廓—精车左端轮廓—切退刀槽—粗车螺纹—精车螺纹。

3.3零件设备的选择

根据轴类零件的特点，既有切槽尺寸精度又有圆弧数值精度，该零件的加工对于技术要求更为严格，而普通车床加工设备很明显不具备该优势。而数控车床加工精度高，能做直线和圆弧插补，且刚性良好，能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿，可以保障其加工的尺寸精度和表面质量。根据零件的工艺要求，可以选择经济型数控车床，本文选用CJK6032数控机床加工该零件。该机床采用的是步进电动机形式半闭环伺服系统，设置三爪自定心卡盘、普通尾座或数控液压尾座，适合车削较长的轴类零件，且机构简单，价格相对较低。

3.4刀具与切削用量的选择

影响数控车床切削效率的因素有很多，主要有人为因素、环境因素及刀具和切削用量的选择，这些都制约着数控车床的工作状态，尤其是对于刀具的合理选择，能够加快数控车床的工作效率，保证零件加工质量。刀具的选择标准是刀具复杂程度、制造和磨刀成本。相对于普通机床而言，数控加工对刀具在刚性、精度、耐用度上有着更为严格的要求，同时，还要求所选择的道具尺寸稳定、便于安装调试。工件材料的切削加工性能是很复杂的，强度、硬度、塑性、提供冷切削加工、机械性能都跟工件的材料有关。经过研究图纸发现，该轴零件加工中，刀具与工件之间的切削力较大，所以选择45钢为该轴类零件的材料。

3.5设置刀点和换刀位

设置数控车床刀具的换刀点是编制加工程序过程中必须考虑的问题，因此，数控机床加工零件编程时，应该尽量简化程序，本着方便数据处理的原则，合理设置对刀点。换刀点最安全的位置是换刀时刀架或刀盘上的任何刀具都不与工件或机床其他部件发生碰撞的位置。一般地来说，换刀点的轴向位置由刀架向伸出最长的刀具（如内孔镗刀、钻头等）决定，换刀点的径向位置则由刀架上径向伸出最长的刀具（如外圆车刀、切槽刀等）决定。

作者：张栋 单位：黑龙江农业工程职业学院