轴类零件的数控车削工艺设计

牟小萍

摘 要：数控车削是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，在加工轴类零件中应用广泛。文章从数控车削的应用现状入手，以轴类零件的数控车削加工为例，从轴类零件结构特点、技术要求、表面加工方法的选择、机床及辅助工具的选择等方面，探讨典型零件数控加工的工艺设计。

关键词：数控技术;车削加工;加工工艺;数控编程

数控车削加工工艺是保证零件加工精度、提高零件加工效率、降低零件加工成本的重要手段，是机械加工的前期准备工作。加工工艺的制定是否科学合理、切实可行，对后续的加工环节起着至关重要的作用。通过分析轴类零件的结构特点和技术要求，结合切削三要素的选择原则，给出了典型轴类零件数控加工的工艺路线分析，对于提高产品加工质量，指导企业实际生产具有借鉴意义。

一、数控车削技术的应用现状

随着电子信息技术的发展，数控机床已经进入了以数字化制造技术为核心的机电一体化时代。车削作为机械加工的主要类型，在轴类、盘盖类等零件加工时应用广泛。车床和数控车床的种类繁多，数量约占所有机械加工的四分之一。例如，在航天工业，飞机机翼、机身、尾翼等和发动机零件的制造会用到各种型号的精密数控车床，在造船工业上会用到多种大型数控车床和车铣中心，在汽车制造业的发动机、曲轴、活塞缸、零配件等产品加工时会用到专用数控车床，在兵器制造业、发电设备行业、冶金设备行业以、工程机械、模具制造等行业，也需要用到大批数控车床、立式数控车床等。

二、轴类零件车削加工的工艺特点

1.轴类零件结构特点

常见的机械零件，包括轴类、盘盖类、叉架类、箱体类、薄壁类等多种类型。轴类零件是机械加工中常见的典型零件，主要作用是支撑轴和轴上的传动件，传递运动和动力。按结构形式的不同，轴类零件一般可分为光轴、阶梯轴、曲轴、空心轴、凸轮轴以及各种丝杠类零件等，其主要加工表面通常包括内外圆柱面、内外圆锥面，以及内外螺纹、键槽、退刀槽、阶台等。

2.轴类零件技术要求

技术要求是零件在使用中需要满足的功能要求，也是设计者在设计图纸和生产者在加工零件时的重要参照。根据功用和工作条件不同，轴类零件的技术要求主要包括尺寸精度、几何形状精度、相互位置精度、表面粗糙度等几个方面，形位公差项目共14个。这些技术要求和参数，依据零件的使用功能、加工设备的精度和生产的经济性来确定，数控工艺员也用技术参数来确定工艺基准。

3.表面加工方法的选择

轴类零件的表面加工可以分为粗加工、半精加工、精加工等不同的加工阶段，每个加工阶段所选择的机床、采用的刀具和所起的作用都是不同的。以加工精度要求IT6的阶梯轴为例，可以分为粗车、半精车、精车、磨削（磨削各处外圆和轴肩面）。粗车的目的是切除大部分余量，半精车是修整热处理后的变形，精车是保证达到加工要求或为磨削加工做准备。精度要求高的外圆表面，精加工都是用磨削方法完成的。

4.机床及辅助工具的选择

选择数控车床的型号和参号，主要根据毛坯的材料和类型，零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、工件数量、生产条件等要求。数控工艺编制人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则，在编程时充分考虑数控加工的特点，能够正确选择刀刃具及切削用量。数控刀具在结构上角度多元、尺寸便于调整，在性能上具有刚性好、互换性好、精度高、抗振及热变形小等特点;在性能上寿命高、切削性能稳定、加工可靠。为减少换刀时间、方便对刀、提高生产效率，便于实现机械加工的标准化，在数控车削加工时，应尽量采用机夹刀和机夹片刀，机夹片刀常采用可转位车刀。

三、数控加工的措施

（一）切削三要素的选择

切削用量包括主轴转速、进给速度及背吃刀量三个要素。为保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具的切削性能，保证合理的刀具寿命，需要选择适当的切削三要素。

1.主轴转速的确定

车外圆、车内圆、车螺纹与车阶台时，主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。在车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距P（或导程）大小、驱动电机的升降频特性，以及螺纹插补运算速度等多种因素影响，故对于不同的数控系统，推荐不同的主轴转速选择范围。

2.进给速度的确定

进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。当工件的质量要求能得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度。当加工精度、表面粗糙度要求较高时，进给速度应选小一些。当刀具空行程，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。

3.背吃刀量的确定

背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可以留少许加工余量，一般为0.2～0.5mm。切削用量的选择是否合理，对于能否充分发挥机床作用与刀具性能，实现优质、高产、低成本和安全操作具有很重要的作用。对于碳素钢、铸铁、铝材等不同材料，以及粗加工、半精加工、精加工等不同加工阶段，切削深度、切削速度、进给量选择的参数各不相同。

（二）加工路线的确定

在数控加工中，刀具刀位点相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线。即刀具从对刀点开始运动起，直至结束，加工程序所经過的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。每种加工都有很多可以选择的路线，但不外乎遵循精度高、效率高等几条原则。确定加工路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定是一次走刀，还是多次走刀完成加工。

（三）轴类零件的检验

轴类零件在加工过程中和加工结束后都要按工艺规程的要求进行检验，检验项目包括硬度指标、表面粗糙度、尺寸精度、形状精度和位置精度等。在单件小批生产中，一般用通用工具千分尺检验轴的直径;在大批大量生产中，常采用专用工具极限卡规抽检轴的直径。长度可用游标卡尺，深度游标卡尺等检验。

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