农业机械中基轴制孔系零件数控加工与应用研究

宋惠珍

（南京机电职业技术学院，江苏 南京 211135）

箱体孔系零件数控加工的工艺设计是连接产品设计和制造的重要纽带，其工艺加工系统是重要的环节，直接影响产品质量和制造成本。笔者就农业机械中的基轴制箱体孔系零件来看，对其生产加工质量进行分析，研究这一孔系零件的数控加工技术，以期为促进技术优化提供一些思路和参考[1]。

1 农业机械中箱体孔系零件数控加工

如图1所示，使用45钢，硬度为调质处理硬度22 HBW~250 HBW。4组加工面及多个孔和螺纹，以Φ70外圆为中心进行加工，包括Φ70端面、Φ50孔、Φ145孔。其具体工艺分析如下。

图1 箱体孔系零件数控加工平面示意图

1.1 孔轴配合工艺分析

针对孔轴配合相关类型进行分析，发现基轴和按孔的相互尺寸包含3种，间隙配合、过渡配合、过盈配合。在具体的制造中，选择配合方式至关重要，而如何选择一般需要结合配合的实际用途来进行。如果用途是发挥紧固联结效果，最好选择过盈配合；如果用途是实现配合件之间的相对定位，应该选择过渡配合[2]。孔轴之间的基本偏差组合对于配合性质也会产生较大影响，在完成组合后，如果出现孔大轴小的情况，属于间隙配合范畴，相反则代表是过盈配合。这里的过渡配合主要指众多的轴和众多对应的孔在随机配合的情况下，单个配合的效果中包含间隙配合或过盈配合，可见过渡配合的条件必须要众多的孔和众多的轴，对于孔轴数量有一定要求[3]。

1.2 孔轴配合的具体选择

在农业机械的基轴制孔系零件加工中，一般会选择保持一个固定的孔或者是轴，将其作为因变量，而选择其他对应的配合尺寸来围绕其进行配合变化，这样就实现了配合性质的有效选择。之所以这样处理，主要是有以下几点目的：

1）尽可能减少配合种类组合，使选择难度降低。

2）孔轴中有一方是固定的，因此在加工过程中，能够减少孔轴规格类型。这种处理模式也就是笔者提到的基准制。如果是选择孔的偏差固定，轴是自变量的情况下即为基孔制；而反过来，轴偏差作为固定项，孔作为自变量，即为基轴制[4]。相应基准值选择需要思考是不是应该配合零件加工制造需要来进行优化，所以，在基准值选择中，一般将成本更高、加工难度更大的一方作为固定项。

1.3 基面的选择

在这个箱体孔系零件加工中，基面选择是重要的工作之一，基面选择是保证加工质量的前提。在此零件的结构尺寸以及加工精度的要求，毛坯以模锻方式进行加工，提升毛坯的精准度。加工时，选择外圆表面作为粗基准。为了满足加工需求，从加工简化的角度出发，采用车削加工，精度要求方面应该以外圆表面定位，均一次性装夹完成，简化辅助工序保证位置的精准度。

2 数控机床实现孔系零件加工精度提升要点

2.1 加工精度影响因素

对用数控机床加工的农业机械基轴制孔系零件而言，具体的加工精度是决定机床能否投入生产加工市场的关键指标。就数控机床加工中孔系零件的加工误差种类来看，包含准静态误差以及动态误差。准静态误差主要是指机床本身的组成零部件在生产制造、装配、铰链间隙处理、伺服控制、切削荷载、热变形等过程中可能出现的误差带来的机床加工误差；而动态误差则是指机床结构和系统的动态特性和切削过程耦合所带来的振动，最终导致在机床运动加工中出现误差。就数控机床加工中孔系零件来看，机械误差是数控机床加工中孔系零件准静态误差最主要的原因，例如机床相应部件在制造中存在误差或者是装配出现误差，都会导致准静态误差出现[5]。

2.2 加工精度提升对策

针对农业机械的孔系零件加工，在数控机床加工孔系零件的精度设计中，精度设计是要实现机床误差的降低，具体的精度设计中需要重点解决精度预估以及精度综合问题。其中精度预估主要是为了根据相应精度等级来确定待加工工件的制造公差，按照闭链约束来构建相应的误差模型，最后在统计意义下预估刀具在相应工作空间中的位姿方差，再借助灵敏度分析来优化和完善具体的加工工艺参数，保证预期的精度目标得以实现。在机床设计开展过程中，精度综合至关重要，这是精度设计的逆问题。实施精度综合实际上是对于预先给定的刀具在相应工作空间中的最大位姿体积误差，计算分配到零件的制造公差，实现相应差值的均衡[6]。简单来说，精度综合实际上是一类将零部件制造公差看作设计变量，将关于误差灵敏度矩阵的加权欧氏范数作为最大目标，最后以公差在相同精度等级下实现均衡为约束，作为二次线性规划问题的约束条件。通过有效的精度控制，确保孔系零件的数控加工能够严格执行相关零件的加工要求，精准地控制孔系零件的直径、孔深等参数，有效保证加工误差控制在合理范围内，提升农业机械基准值孔系零件加工水平。

3 数控加工在孔系零件加工中的应用推广

现阶段，多数农业机械制造企业对于数控加工技术的应用积极性并不高，认为使用数控加工技术来生产农业机械，有些大材小用，认为农业机械属于机械生产中技术水平要求比较低的机械产品，而数控加工技术属于高端的加工技术，所以在农业机械制造中应用数控加工技术并不划算，成本高，会导致一定的资源浪费。随着国内数控技术的不断发展进步，国产经济型数控加工中心价格也在不断降低。在孔系零件加工中，孔加工以及轮廓铣削是应用比较多的加工内容。从目前的数控加工技术投入来看，成本是十分亲民的，且数控加工技术和质量都在不断提升，因此后期维护保养也不需要过度担心。此外，一台数控加工设备的有效使用，可以完成3台钻铣床的加工任务，所以在一定程度上也减少了其他设备和人员使用，整体机床加工成本实际上并不高。从长远角度来看，数控机床在孔系零件加工中应用效益更理想。

4 结语

农业机械的零件加工中，孔系零件是比较多见的，要提升农业机械的生产加工质量，必须要注重孔系零件加工质量的提升。在具体应用中，引入数控加工技术，能够有效控制零件加工精度，通过数控加工机床参数设定，配合有效的切削技术，将孔系零件加工误差控制在合理范围内。且使用数控加工技术替代传统的孔系零件加工技术，人力资源的使用大大减少，且设备一次性投入也比较合理。在孔系零件加工中，应用数控加工技术整体加工带来的效益是更理想的，能够降低加工成本，还能提升生产加工效率。但是需要注意的是，在数控机床加工中，需要把握孔系零件加工的精度控制工作，通过有效的管控，保证加工质量稳定。