姬生峰

（齊齊哈爾二機(jī)床(集團(tuán))有限責(zé)任公司 銑鏜分公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

0 引言

機(jī)械加工中常見(jiàn)的零件之一就是軸類(lèi)零件，軸類(lèi)零件的加工一般都是使用車(chē)床進(jìn)行車(chē)削加工。軸類(lèi)零件在各類(lèi)機(jī)器中的應(yīng)用非常廣泛，其主要用于支撐傳動(dòng)零件（如齒輪、軸承等）、傳遞運(yùn)動(dòng)和扭矩（如傳動(dòng)軸和心軸）。實(shí)際加工的軸一般大多為階梯軸，也有個(gè)別的是非階梯軸。帶錐面階梯軸是階梯軸的一種，它是軸端為錐面的階梯軸。圖1 是一個(gè)帶錐面的階梯軸。該帶錐面階梯軸是由棒料經(jīng)過(guò)車(chē)削而成的，材料選用45 鋼。

圖1 帶錐面階梯軸

1 零件加工

1.1 零件分析

圖1 中的帶錐面階梯軸主要是由圓柱面（4 個(gè)）、圓錐面（2 個(gè)）和圓弧面（2 個(gè)）組成，該零件的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，具有一定的加工難度。該零件的加工精度要求較高，加工精度等級(jí)為IT7（高精度）；表面粗糙度要求相對(duì)較高：直徑為40 mm 的圓柱部分粗糙度為Ra3.2，其余部分均為Ra1.6。

1.2 工件裝夾

該帶錐面階梯軸零件的毛坯選用直徑為45 mm、長(zhǎng)100 mm 的45 鋼棒料。該零件是一個(gè)實(shí)心軸，軸的長(zhǎng)度為100 mm，因此采用工件的端面、外圓進(jìn)行定位。在進(jìn)行工件裝夾時(shí)采用三爪自定心卡盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)工件的夾緊。

1.3 刀具選用以及切削用量的確定

根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特征和加工表面特征進(jìn)行加工刀具的選用。根據(jù)外形輪廓的加工選用93°菱形外圓車(chē)刀進(jìn)行工件的粗車(chē)加工和精車(chē)加工，完成零件的外形加工。采用切槽刀（寬度為2 mm）進(jìn)行工件的切斷。粗車(chē)零件的外輪廓時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速為600 r/min，進(jìn)給速度為0.3 mm/r；精車(chē)零件外輪廓時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速為800 r/min，進(jìn)給速度為0.1 mm/r；切斷工步時(shí)主軸轉(zhuǎn)速為300 r/min，進(jìn)給速度為0.1 mm/r。

1.4 加工方案和加工工序

采用數(shù)控車(chē)床進(jìn)行帶錐面階梯軸的加工，根據(jù)粗加工到精加工，由遠(yuǎn)到近的加工原則進(jìn)行加工。首先進(jìn)行工件的粗加工，先車(chē)削工件的端面待端面車(chē)削完成之后，車(chē)削工件的外輪廓。首先車(chē)削工件的右端面，之后對(duì)工件的外輪廓進(jìn)行粗車(chē)加工（預(yù)留0.5 mm 的精車(chē)余量）。粗加工完畢之后，進(jìn)行精加工，精加工依然是從右至左進(jìn)行加工。由于零件的外輪廓結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，因此在進(jìn)行粗車(chē)加工時(shí)應(yīng)該選用不同的背吃刀量，實(shí)現(xiàn)工件外形輪廓0.5 mm的精加工余量。

在進(jìn)行粗加工時(shí)，對(duì)于外輪廓的凹圓弧應(yīng)該保證吃刀量、同心圓?。ú捎猛牟煌瑥降姆绞竭M(jìn)行加工）。對(duì)于凸圓弧進(jìn)行粗加工時(shí)，采用車(chē)錐法進(jìn)行切削。粗加工完畢之后，進(jìn)行精加工。采用一刀加工的方式，切除各個(gè)軸段0.5 mm 的精車(chē)余量。最后采用切槽刀進(jìn)行工件的切斷。

通過(guò)以上分析，采用數(shù)控車(chē)床實(shí)現(xiàn)該零件加工的加工工序?yàn)椋汗ば?：車(chē)削工件的右端面，車(chē)直徑40 mm 的外圓柱面，外圓柱面長(zhǎng)度大于70 mm。工序2：加工工件的外形輪廓。首先粗車(chē)直徑32 mm 的外圓柱面，使其長(zhǎng)度為60 mm；粗車(chē)直徑4 mm 的圓?。淮周?chē)圓錐面以及直徑22 mm、16 mm 的外圓柱面并保證每個(gè)軸段的長(zhǎng)度；粗車(chē)半徑8 mm 的圓弧；精車(chē)零件的外形輪廓保證直徑32 mm、22 mm、16 mm 的外圓柱面以及各個(gè)圓錐面和倒角。

工序3：將工件切斷，采用切斷刀進(jìn)行切斷。

2 數(shù)控車(chē)床加工工藝分析

2.1 工件定位和裝夾

數(shù)控機(jī)床的定位安裝是為了保證工件的加工精度和加工效率，良好的定位能夠有效地保證工件的加工質(zhì)量和加工效率。在進(jìn)行數(shù)控機(jī)床工件裝夾時(shí)需要考慮以下方面：優(yōu)先選用通用夾具進(jìn)行工件的定位和裝夾能夠極大地降低生產(chǎn)的成本；零件的設(shè)計(jì)應(yīng)該有利于零件加工和精度的實(shí)現(xiàn)；零件的設(shè)計(jì)要方便進(jìn)行零件的定位和裝夾；方便進(jìn)行切屑的處理；保證工件在加工過(guò)程中具有足夠的剛度。

對(duì)于帶錐面階梯軸零件選用三爪自定心卡盤(pán)進(jìn)行零件的夾持。數(shù)控車(chē)床常見(jiàn)的裝夾方式：

1）采用三爪自定心卡盤(pán)進(jìn)行工件的裝夾。三爪自定心卡盤(pán)能夠自動(dòng)定心，通常不需要再單獨(dú)找正。三爪自定心卡盤(pán)裝夾方便、夾緊力比較小，適用于各種外形工件的裝夾。

2）兩頂尖裝夾。尺寸較大的或者加工工序非常多的軸類(lèi)零件，由于加工過(guò)程中要進(jìn)行多次裝夾，因此優(yōu)先選用兩頂尖的裝夾方式。兩頂尖裝夾適用于多工序加工或者進(jìn)行精加工。

3）卡盤(pán)和頂尖配合裝夾。當(dāng)進(jìn)行工件粗加工，并且切削量很大時(shí)可以采用一端卡盤(pán)裝夾，一端頂尖支撐的方式。卡盤(pán)和頂尖配合裝夾的方式能夠承受很大的切削力，并且安裝的剛性強(qiáng)。

4）心軸裝夾。心軸裝夾也是一種常見(jiàn)的裝夾方式。軸類(lèi)零件存在螺紋時(shí)可以選用心軸進(jìn)行裝夾。心軸裝夾承受的切削力較大，剛性強(qiáng)。

工件的定位基準(zhǔn)應(yīng)該與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)保持一致，不能出現(xiàn)過(guò)定位的現(xiàn)象。帶錐面階梯軸的外形輪廓都需要進(jìn)行加工，應(yīng)首選外圓和右端面為粗基準(zhǔn)，采用“互為基準(zhǔn)的原則”進(jìn)行加工。

2.2 加工路線分析

加工零件一般是進(jìn)行先粗后精、先主后次的順序，優(yōu)先加工零件的裝配基面和工作表面，再進(jìn)行鍵槽、緊固孔等表面的加工。進(jìn)行工件加工時(shí)應(yīng)該優(yōu)先加工表面后加工孔。對(duì)于箱體、支架、連桿、底座等零件，先加工用作定位的平面和孔的端面，然后再加工孔。這樣可使工件定位夾緊穩(wěn)定可靠，利于保證孔與平面的位置精度，減小刀具的磨損，同時(shí)也給孔加工帶來(lái)方便。用作精加工基準(zhǔn)的表面，要首先加工出來(lái)。所以，第一道工序一般是進(jìn)行定位面的粗加工和半精加工(有時(shí)包括精加工)，然后再以精加工基面定位加工其它表面。例如，軸類(lèi)零件頂尖孔的加工。

2.3 切削用量分析

切削用量的確定應(yīng)該根據(jù)加工機(jī)床的性能、相關(guān)的機(jī)械加工工藝手冊(cè)并結(jié)合實(shí)際的情況，考慮主軸轉(zhuǎn)速、切削深度和進(jìn)給速度的配合，以便形成最佳的切削用量。切削用量根據(jù)不同的加工方法應(yīng)該選用不同的切削用量。合理的切削用量不僅能夠保證零件表面精度、質(zhì)量，對(duì)于提高加工效率，具有非常重要的意義。粗車(chē)時(shí)應(yīng)該在保證刀具耐用度的前提下保證較高的金屬切除率；進(jìn)行精加工時(shí)，由于對(duì)加工精度和表面粗糙度的要求都非常高，加工余量不是很大并且較均勻，應(yīng)重點(diǎn)考慮保證加工精度并適當(dāng)提高加工效率。精加工時(shí)應(yīng)選用較小的背吃刀量和進(jìn)給量，選用高性能的刀具和合理的刀具幾何參數(shù)，采用盡可能高的切削速度。

3 結(jié)語(yǔ)

本文主要針對(duì)帶錐面階梯軸零件加工工藝進(jìn)行分析，針對(duì)一具體的零件進(jìn)行加工工藝分析，對(duì)其加工路線和加工工序進(jìn)行了具體的闡述。在此基礎(chǔ)上分析了數(shù)控車(chē)床工件定位和裝夾、加工路線的確定和切削用量的選取。

［1］趙涓涓.帶錐面階梯軸零件加工工藝分析及圖解［J］.山西冶金，2013（3）：37-39.

［2］高琪，祖英利，萬(wàn)金貴.基于車(chē)削加工的誤差分析及其補(bǔ)償研究［J］.煤礦機(jī)械，2010，31（1）：127-130.

［3］高琪，祖英利，萬(wàn)金貴.對(duì)階梯軸不同軸徑的數(shù)控加工誤差分析［J］.機(jī)床與液壓，2010，38（4）：12-14.