轴类零件在数控车床上的加工路线和工装设计探析

刘 辉

(四川省绵阳市科学城中物院六所，四川 绵阳 621000)

当加工开关复杂、精度要求较高的零件时，往往需要多把刀具，如果利用普通车床进行加工，需要频繁更换刀具和拆装工件，这不仅浪费了大量的人力和工时，同时加工出来的零件会受到很多因素的影响，产品的精度和品质很难得到保证。在这方面，数据车床因为具有自动换刀、程序化走刀等突出的优点，大大提高了加工精度，使零件的品质非常稳定，而且还节约了工时，得到了广泛的应用。

本文围绕轴类零件的数控车削加工的一般过程，分析数控车削加工时的工艺路线和工装设计。

1 数控车床的加工工艺的内容

数控车削的加工工艺就是利用数控车床对工件进行加工时采用的一般方法、工序、技术的总和。一般地说，对轴类零件来说，其加工工艺包括以下几个方面的内容。

（1）针对零件图纸和批量等确定数控车加工的内容。

（2）结合零件图对零件进行加工工艺分析。

（3）选择合适的工具、夹具、量具，必要时要设计专门的工装。

（4）设计加工的工序、工步等内容。

（5）计算、优化零件加工的轨迹。

（6）编写数控车削的加工程序，并进行必要的校验和完善。

（7）进行首件试切，观察是否存在问题，并及时进行处理和改进。

（8）进行加工工艺技术文件的编制。

总之，利用数控车床进行加工，其工艺内容相对较多，但是，有些环节与普通车床基本相似，有的则有明显的区别。

2 数控车削加工工艺分析及工装设计

加工工艺分析，是所有加工所必需的前期准备工作，对于轴类零件的数控车削也不例外。因为，加工工艺是否合理，对后续的编制程序、加工效率、最终的加工精度和品质都有着重要的影响。要想编制合理、实用、高效的数控程序，就必须对数控机床的性能、工作原理和结构组成有充分了解，熟练掌握数控系统的编程语言和基本格式，对各种材料的性能有较好的把握，明确切削用量、刀具以及工件装夹的常用方法等。其主要内容有：根据图纸分析零件的加工要求；确定正确的装夹工具和方式；确定各个表面的加工先后顺序，刀具进给方式，进给路线，以及刀具、夹具和切削用量的选择等。

2.1 分析零件图

分析零件图是进行数控加工工艺分析的第一步。主要分析方法包括：尺寸标注分析、零件的几何要素分析和表面精度、技术要求的分析等。另外，还要分析零件在结构、加工等方面的要求是否合理，这是制定加工工艺的基准。

（1）尺寸标注分析

一股说来，轴类零件图上标注的尺寸应适应数控车床的编程和加工特点，要求是以同一个长度基准标注轴向尺寸，有的则是直接给出了坐标尺寸。这些标注形式非常便于进行编程，同时也便于把设计基准、测量基准、工艺基准和程序原点进行有效的统一。可是，当零件图上没有统一的尺寸基准时，编程加工人员则可以考虑在不影响零件精度为前提下，自行选择一个统一的基准作为工艺基准，然后再计算、转化各个尺寸，达到简化编程的目的。

（2）分析零件的轮廓及几何要素

如果需要手工编程，需要计算每个轮廓节点的坐标值；如果是自动编程，则需要先对零件的轮廓和几何元素进行正确的定义。所以，分析轴类零件的轮廓和几何要素也是编程加工时非常重要的一个任务。

（3）精度和技术要求分析

对所要加工的轴类零件进行精度和技术要求的分析，也是分析加工艺的重要内容。首先要明确所加工轴的尺寸精度以及表面粗糙度；再合理地选择加工方式、装夹的形式、选择刀具和切削用量等等加工参数。这一方面主要有以下内容：对精度和各项技术要求的分析，研究其是否齐全和合理；明确加工机床能否满足零件的加工精度要求，如果达不到要求，研究是否可以采取其他的辅助措施进行弥补，确定每一次加工后的后续工序余量；另外，对于图纸上标注位置精度要求的几何要素，要保证能够在一次装夹之下完成加工；对表面品质要求较高的面，可以采用恒线速度切削，但在车削轴的端面时，要合理限制机床主轴的最高转速。

2.2 选择切削夹具、刀具

（1）确定工件装夹和定位方式

在数控车削加工轴类零件时，应尽量争取减少装夹次数，争取在一次装夹时就能加工出大部分或全部加工表面，这样可以有效地提高加工的效率，同时还有利于保证加工轴的车削精度。对于大部分轴类零件来说，都是以零件本身外圆面作作为定位基准；当加工有带孔的外圆面时，也可以考虑把内孔作为定位基准。数控车床上常用的夹具有：通用自动定心三爪卡盘、四爪卡盘，还有的采用液压或气动夹具，而对于大批量加工时，需要设计专门的性较好的专用夹具。因此，在实际生产加工时，应根据加工要求，进行合理的选择。

（2）选择刀具

在加工轴类零件时，在加工条件允许的前提下，应尽量采用大的刀具直径，这样可以有效延长刀具的使用寿命，提高切削加工的效率。一般地，数控车刀从形状上可以分为3 大类：尖形、圆弧形和成型车刀。

尖形车刀的切削刃为直线形，刀尖的主、副切削刃呈直线形，比如：外圆偏刀、端面车刀都是这种形状。在切削加工时，所能得到的零件轮廓形状由独立的刀尖或一条主切削刃形成。

圆弧形车刀的主切削刃的形状呈现圆弧形状，在圆弧刃的和个点都可以看成是刀尖，所以说，刀位点不是处于圆弧上，而是位于圆弧的圆心点上。这种刀具除了可以加工内外圆表面，还非常适合加工由不同圆弧光滑连接的成型面。

在数控车削中，常用的成型车刀大体上有三种：车槽刀、螺纹刀以及小半径圆弧车刀。为了减少换刀次数和对刀时间，数控车床上常采用机夹可转位车刀。

（3）切削用量选择

对于轴类零件的切削加工，选择合适的切削用量也是非常关键的。在确定这些参数时，要根据机床的性能和状态，以及零件材料、刀具材料和类型等条件，结合实际经验进行正确的类比、选择。

2.3 划分工序、拟定加工顺序

（1）划分工序的基本原则

在利用数控车床加工轴类零件时，划分工序的原则有以下两种：

一是，保持精度的原则。就是要求工序尽可能地集中，使粗、精加工在一次装夹中就可以全部实现。为了减少加工时的热变形量，同时减少切削力带来的变形位置精度的影响，提高尺寸精度，可以考虑把粗、精加工分开实现。

二是，提高效率的原则。在实际加工时，为了减少换刀的次数，节省时间，提高效率，把能用同一把刀实现的部分加工完成后，再换刀进行继续加工。同时，在加工中还应尽量减少刀具的空行程。

（2）明确加工顺序

对于轴类零件的切削，在确定加工顺序时，一般可以遵循下列原则：

一是，先粗后精。就是按照“粗车—半精车—精车”的顺序，逐步提高零件的精度。

二是，先近后远。就是要先加工离对刀点近的位置，后加工离对刀点远的位置，这样可以缩短刀具的移动时间和距离，减少刀具的空行程。同时，这样做还便于在最大程度上保持毛坯或半成品原有的刚性，相当于改善了切削条件。

（3）内外交叉。就是指在加工同时有内表面、又有外表面的零件时，需要先对内外表面进行粗加工，然后再对内外表面进行精加工。

（4）基面先行。在加工过程中，一般要把作为精基准的表面先加工好，以便减少后续加工时的装夹及测量误差。

3 结束语

运用数控机床加工轴类零件，需要有合理的加工工艺和夹具进行配合，才能充分发挥数控机床的高性能、高精度的特点。实践证明，在加工一些形状复杂、精度要求高、需要用多把刀进行加工的大批量零件时可以采用数控机床，这样可以大大提高生产效率，给机械加工行业带来了不小的革命。

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