大型数控铣床金属构件的分体加工工艺研究

李栋梁，李生泉

（兰州现代职业学院，甘肃 兰州 730300）

随着科学技术的发展，我国越来越向着机械化、自动化和智能化方向发展，使得生产效率有了极大地提高。生产效率的提高离不开机械化设备的使用。随着人们对生产精度和效率要求的不断提高，机械化设备也越来越先进。而先进也随之带来了机械化设备金属构件的复杂化，这给金属构件制造带来了极大的挑战[1]。当前金属构件制造主要通过各种大型数控机床来完成。数控机床是一种装有程序控制系统的自动化制造设备，人们只要提前设定好制造流程，数控机床就会一直按照既定的程序生产下去。这种设备极大的提高金属构件加工制造的精度和效率，但是该设备目前更适用于结构简单的金属构件的加工，一旦金属构件较为复杂，其精度和效率将大大降低[2]。基于这种情况，一种新的制造技术出现，即分体加工工艺。分体加工工艺，顾名思义，就是将金属构件拆分成几个部分，分别进行加工，然后再组装到一起，形成一个完整的金属构件。这种技术的出现很好地解决了大型数控铣床无法有效生产复杂金属构件的问题。最后通过一个复杂齿轮的加工实例来检验该工艺的加工质量和效率，证明其有效性。

1 基于大型数控铣床的金属构件的分体加工工艺

数控机床根据加工器具的不同，分为不同的种类，即铣床、磨床、镗床、冲床等。其中，数控铣床是最常用的加工设备，其加工原理是利用铣刀具直接在待加工的原始金属材料上铣削制出目标工件的轮廓。数控铣床加工与其他加工方式相比，加工成本较低，且能够切削硬度较大的金属材料，多适用于单件及小批量金属工件的加工制造。

基于上述数控铣床加工原理，本文针对复杂金属构件，研究一种分体加工工艺。工艺流程如下。

步骤1：金属构件分体。要想将复杂的金属构件简单化，首先就要对待加工金属构件进行分体，即将一个完整的金属构件拆分成几个部分，分别进行加工和制造。金属构件分体不是随意拆分的，需要考虑以下几个方面。①考虑金属构件的类型、大小、作用等；②考虑金属构件的加工材料的物理特性；③考虑金属构件在使用过程中的受力点；④考虑金属构件的加工难易程度；⑤考虑金属构件的加工成本。步骤2：金属材料锻造。选择金属构件的原始材料，并截取相应大小的金属块，然后将其锻造成能够制成金属构件的毛坯。步骤3：热处理。金属毛坯未经处理时，一般内部组织都不稳定，若是直接用于金属构件加工，其力学性能较差，在使用过程中容易变形，因此需要对毛坯进行热处理，以改善毛坯质量。热处理主要包括四种方式：正火、回火、退火、淬火等。根据金属材料的不同，这四种方式可以单独使用，也可以组合使用。步骤4：确定加工方案。这是金属构件加工过程中最重要的一步，主要是为加工作业的进行做好准备，包括数控铣床的选择、刀具类型选择、金属构件加工参数设置（如铣削速度、走刀量、进给量以及铣削深度、铣削宽度等），加工程序编写、加工程序设置、加工路线规划等。步骤5：按照设定好的加工方案，利用大型数控铣床对金属毛坯进行加工。步骤6：焊接组合。在金属构件各个分体部分加工制造完成后，需要将这些分散的部分焊接到一起，形成一个完整的金属构件。步骤7：金属构件精加工。金属构件在焊接完成后，为提高金属构件整体契合度和完整度，需要进行精加工处理，包括：①焊缝整形，去除大接头、赘瘤、焊瘤等部分；②热加工，改善焊接接头的组织和性能或消除残余应力，提高焊接质量。步骤8：金属构件成品质量检验。在实际生产加工当中，为保证所有金属构件的精度能满足生产要求和标准，需要对金属构件成品进行质量检验。

2 分体加工工艺检验与分析

本章节以一个复杂的大模数双联齿轮这种金属构件为例，利用分体加工工艺进行齿轮制造，并与传统一体化加工工艺的加工质量进行对比，证明所研究的大型数控铣床金属构件的分体加工工艺的加工质量

2.1 大模数双联齿轮设计方案

所要生产的齿轮为一种大模数双联齿轮，该齿轮加工时，设计方案参数如下表1所示。

表1 大模数双联齿轮设计参数设置表

2.2 加工方案

对大模数双联齿轮进行加工，所设置的加工方案参数如下表2所示。

表2 大模数双联齿轮加工方案

2.3 数控铣床选型

本次制作大模数双联齿轮所需要的数控铣床为XK550，该铣床主要技术参数如下表3所示。

表3 XK550数控铣床技术参数

2.4 大模数双联齿轮成品

根据表1大模数双联齿轮设计参数，按照表2加工方案，利用大型数控铣床对金属毛坯（20CrMoTi碳钢）进行加工，得到的大模数双联齿轮成品如下图1所示。

图1 大模数双联齿轮成品示意图

2.5 质量等级标准

齿轮质量等级标准如下表4所示。

表4 齿轮质量等级标准

2.6 质量检验结果与分析

分体加工工艺和一体化加工工艺的大模数双联齿轮成品质量检验结果如下表5所示。

表5 齿轮加工精度检验结果

从表5中可以看出，分体加工工艺制造出来的大模数双联齿轮各指标均达到一级标准，而一体化加工工艺制造出来的大模数双联齿轮各指标大部分都是二级标准，由此说明所研究的分体加工工艺的加工精度更高。

3 结束语

综上所述，机械化生产极大的提高了生产效率，因此机械化设备制造工作一直是工业化领域的重点项目。机械化设备由各种金属构件组成，机械化设备生产精度越高，金属构件越复杂，导致利用当前一体化加工工艺已经无法满足构件制造要求。为此，本文研究一种大型数控铣床金属构件的分体加工工艺，将复杂的结构简单化，最后通过加工一种复杂的大模数双联齿轮对工艺进行验证，证明了所研究分体加工工艺的精度，为复杂金属构件的生产提供了参考和帮助。