王斌

[摘 要]隨著科技和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高強(qiáng)度材料的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，特別是其被應(yīng)用于對(duì)強(qiáng)度要求較高的軸類(lèi)零件。高強(qiáng)度鋼制軸類(lèi)零件的安全性能直接關(guān)系到人們的人身和財(cái)產(chǎn)安全，需要高度重視。基于此，本文闡述了超高強(qiáng)度鋼的切削加工特點(diǎn)，分析了常見(jiàn)軸類(lèi)零件的結(jié)構(gòu)，敘述了軸類(lèi)零件加工工藝，并提出了加工工藝規(guī)程中需要注意的問(wèn)題。

[關(guān)鍵詞]軸類(lèi)零件； 傳動(dòng)軸； 加工工藝

軸類(lèi)零件是常見(jiàn)的典型零件之一。按軸類(lèi)零件結(jié)構(gòu)形式不同， 一般可分為光軸、階梯軸和異形軸3 類(lèi)或分為實(shí)心軸、空心軸等。它們?cè)跈C(jī)器中用來(lái)支承齒輪、帶輪等傳動(dòng)零件， 以傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)， 為支承傳動(dòng)零件（ 齒輪、皮帶輪等） ， 傳遞扭矩， 承受載荷， 以及保證裝在主軸上的工件和刀具具有一定的回轉(zhuǎn)精度。因而， 對(duì)于軸的加工必須追求精度， 嚴(yán)格按照技術(shù)要求進(jìn)行加工。

一、零件分析

1.零件技術(shù)要求分析。零件的技術(shù)要求主要包括尺寸精度、形狀精度、位置精度、表面粗糙度及熱表處理要求等。進(jìn)行零件技術(shù)要求分析，主要是分析這些技術(shù)要求的合理性以及實(shí)現(xiàn)的可能性， 重點(diǎn)分析重要表面和部位的加工精度和技術(shù)要求，為制定合理的加工方案做好準(zhǔn)備。

2.零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析。零件的結(jié)構(gòu)工藝性是指所設(shè)計(jì)的零件，在能夠滿(mǎn)足使用性能要求的前提下制造的可行性和經(jīng)濟(jì)性。好的結(jié)構(gòu)工藝性會(huì)使零件加工容易，節(jié)省成本，節(jié)省材料；而不合理的結(jié)構(gòu)工藝性會(huì)使加工困難，加大成本，浪費(fèi)材料，甚至無(wú)法加工。

二、合理選材

1.軸類(lèi)零件的毛坯，可根據(jù)使用要求、生產(chǎn)類(lèi)型、設(shè)備條件及結(jié)構(gòu)，選用棒料、鍛件等毛坯形狀。對(duì)于外圓直徑相差不大的軸，一般以棒料為主，而對(duì)于外圓直徑相差大階梯軸或重要的軸，常選用鍛件。這樣既節(jié)約材料又減少機(jī)械加工的工作量，還可改善機(jī)械性能。根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模的不同，毛坯的鍛造方式有自由鍛和模鍛兩種。中小批量生產(chǎn)多采用自由鍛，大批大量生產(chǎn)量時(shí)采用模鍛。

2.軸類(lèi)零件的材料：應(yīng)根據(jù)不同的工作條件和作用要求選用不同的材料，并采用不同的熱處理規(guī)范（如調(diào)質(zhì)、正火、淬火等），以獲得一定的強(qiáng)度、韌性和耐磨性。

45號(hào)鋼是軸類(lèi)零件的常用材料，它的價(jià)格便宜經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)（或正火）后，可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強(qiáng)度和韌性等綜合機(jī)械性能，淬火后表面硬度可達(dá)45HRC～52HRC。40Cr等合金結(jié)構(gòu)鋼適用于中等精度而轉(zhuǎn)速較高的軸類(lèi)零件，這類(lèi)鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和淬火后，具有較好的綜合機(jī)械性能。軸承鋼GCr15和彈簧鋼15Mn，經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面高頻淬火后，表面硬度可達(dá)50HRC～58HRC，并具有較高的耐疲勞性能和較好的耐磨性能，可制造高精度的軸。

三、制定加工方案

1.分析圖樣，確定加工方案。對(duì)所要加工的零件進(jìn)行技術(shù)要求分析，選擇合適的加工方案，再根據(jù)加工方案選擇合適的機(jī)床。

2.工件的定位與裝夾。根據(jù)零件的加工要求，選擇合理的定位基準(zhǔn)，并根據(jù)零件的批量、精度及加工成本選擇合適的夾具，完成工件的裝夾與找正。

3.刀具的選擇與安裝。刀具壽命與切削用量有密切的關(guān)系。在制定切削用量時(shí)，應(yīng)首先選擇合理的刀具壽命，而合理的刀具壽命則應(yīng)根據(jù)優(yōu)化的目標(biāo)而定。一般分最高生產(chǎn)率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種，前者根據(jù)單件工時(shí)最少的目標(biāo)確定，后者根據(jù)工序成本最低的目標(biāo)確定。

數(shù)控車(chē)削刀常用的一般分成型車(chē)刀、尖形車(chē)刀、圓弧形車(chē)刀三類(lèi)。成型車(chē)刀也稱(chēng)樣板車(chē)刀，其加工零件的輪廓形狀完全由車(chē)刀刀刃的形狀和尺寸決定。數(shù)控車(chē)削加工中，常見(jiàn)的成型車(chē)刀有小半徑圓弧車(chē)刀、非矩形車(chē)槽刀和螺紋刀等。在數(shù)控加工中，應(yīng)盡量少用或不用成型車(chē)刀。尖形車(chē)刀是以直線(xiàn)形切削刃為特征的車(chē)刀。這類(lèi)車(chē)刀的刀尖由直線(xiàn)型主副切削刃構(gòu)成，如90度內(nèi)外圓車(chē)刀、左右端面車(chē)刀、切槽（切斷）車(chē)刀及刀尖倒棱很小的各種外圓和內(nèi)孔車(chē)刀。尖形車(chē)刀幾何參數(shù)（主要是幾何角度）的選擇方法與普通車(chē)削時(shí)基本相同，但應(yīng)結(jié)合數(shù)控加工的特點(diǎn)（如加工路線(xiàn)、加工干涉等）進(jìn)行全面考慮，并應(yīng)兼顧刀尖本身的強(qiáng)度。

刀具究竟從什么位置開(kāi)始移動(dòng)到指定的位置呢？在程序執(zhí)行的一開(kāi)始，必須確定刀具在工件坐標(biāo)系下開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的位置，這一位置即為程序執(zhí)行時(shí)刀具相對(duì)與工件運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)，所以稱(chēng)程序起始點(diǎn)或起刀點(diǎn)。此起始點(diǎn)一般通過(guò)對(duì)刀來(lái)確定，所以該點(diǎn)又稱(chēng)對(duì)刀點(diǎn)。在編制程序時(shí)，要正確選擇對(duì)刀點(diǎn)的位置。對(duì)刀點(diǎn)設(shè)置原則是：便于數(shù)值處理和簡(jiǎn)化程序編制。易于找正并在加工過(guò)程中便于檢查，引起的加工誤差小。對(duì)刀點(diǎn)可設(shè)置在加工零件上，也可以設(shè)置在夾具上或機(jī)床上，為了提高零件的加工精度，對(duì)刀點(diǎn)應(yīng)盡量設(shè)置在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上。實(shí)際操作機(jī)床時(shí)，可以通過(guò)手工對(duì)刀操作把刀具的刀位點(diǎn)放到對(duì)刀點(diǎn)上，即“刀位點(diǎn)”與“對(duì)刀點(diǎn)”的重合，所謂“刀位點(diǎn)”是指刀具定位基準(zhǔn)點(diǎn)，車(chē)刀的刀位點(diǎn)為刀尖或刀尖圓弧中心。用手動(dòng)對(duì)到操作，對(duì)刀精度較低，且效率低。而有些工廠采用光學(xué)對(duì)刀鏡、對(duì)刀儀、自動(dòng)對(duì)刀裝置等，以減少對(duì)刀時(shí)間，提高對(duì)刀精度。加工過(guò)程中需要換刀時(shí)，應(yīng)規(guī)定換刀點(diǎn)。所謂“換刀點(diǎn)”時(shí)指刀架轉(zhuǎn)動(dòng)換刀時(shí)的位置，換刀點(diǎn)應(yīng)設(shè)在工件或夾具的外部，以換刀時(shí)不碰工件及其他部件為準(zhǔn)。

4.加工路線(xiàn)的確定。走刀路線(xiàn)泛指刀具從起刀點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)起，直到返回該點(diǎn)并結(jié)束加工程序所經(jīng)過(guò)的路徑。包括切削加工的路徑及刀具引入、切出等非切削空行程。加工路線(xiàn)應(yīng)保證被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率較高。使走刀路線(xiàn)最短可以節(jié)省整個(gè)加工過(guò)程的執(zhí)行時(shí)間，還能減少一些不必要的刀具消耗及機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)滑動(dòng)部件的磨損。

5. 合理選擇切削用量。數(shù)控車(chē)削中的切削用量包括切削深度、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度。它們的選擇與普車(chē)所要求的基本對(duì)應(yīng)一致， 但數(shù)控車(chē)床加工的零件往往較復(fù)雜，切削用量按一定的原則初定后， 還應(yīng)結(jié)合零件實(shí)際加工情況隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整方法是利用數(shù)控車(chē)床的操作面板上各種倍率開(kāi)關(guān)，隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，來(lái)實(shí)現(xiàn)切削用量的合理配置， 這對(duì)操作者來(lái)說(shuō)應(yīng)該具有一定的實(shí)際生產(chǎn)加工經(jīng)驗(yàn)。

6.數(shù)控程序的編制。數(shù)控車(chē)床的編程要先粗后精、先近后遠(yuǎn)、先內(nèi)后外、程序段最少、走刀路線(xiàn)最短，這就要求我們?cè)诰幊虝r(shí)，特別注意理論聯(lián)系實(shí)際，并在大量的實(shí)踐中，對(duì)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行驗(yàn)證或修正，做到編制的程序最實(shí)用。

編程時(shí)常取零件要求尺寸的中值作為編程尺寸依據(jù)。如果遇到比機(jī)床所規(guī)定的最小編程單位還要小的數(shù)值時(shí)，應(yīng)盡量向其最大實(shí)體尺寸靠攏并圓整。

編程時(shí)盡量符合各點(diǎn)重合的原則。也就是說(shuō)，編程的原點(diǎn)要和設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)、對(duì)刀點(diǎn)的位置盡量重合起來(lái)，減少由于基準(zhǔn)不重合所帶來(lái)的加工誤差。

巧利用切斷刀倒角。對(duì)切斷面帶倒角的零件，在批量車(chē)削加工中比較普遍，為了便于切斷并避免掉頭倒角，可巧利用切斷刀同時(shí)完成車(chē)倒角和切斷兩個(gè)工步，效果較好。同時(shí)切刀有兩個(gè)刀尖，在編程中要注意使用哪個(gè)刀尖及刀寬問(wèn)題，防止對(duì)刀加工時(shí)出錯(cuò)。

四、結(jié)語(yǔ)

對(duì)所輸入的程序進(jìn)行試運(yùn)行，并進(jìn)行首件試切，校驗(yàn)一下程序，觀察工藝效果，如有不當(dāng)，應(yīng)予改正，并再次試切，直到滿(mǎn)意為止。綜上所述，數(shù)控加工工藝的確定是零件加工的重要環(huán)節(jié)，工藝方案的好壞直接影響機(jī)床效率的發(fā)揮和零件的加工質(zhì)量， 在實(shí)際教學(xué)和生產(chǎn)中應(yīng)特別重視。

參考文獻(xiàn)：

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[2]袁峰.數(shù)控車(chē)床培訓(xùn)教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008，第二版.