浅谈轴类零件加工工艺

王斌

[摘 要]随着科技和经济的发展，高强度材料的应用越来越广泛，特别是其被应用于对强度要求较高的轴类零件。高强度钢制轴类零件的安全性能直接关系到人们的人身和财产安全，需要高度重视。基于此，本文阐述了超高强度钢的切削加工特点，分析了常见轴类零件的结构，叙述了轴类零件加工工艺，并提出了加工工艺规程中需要注意的问题。

[关键词]轴类零件； 传动轴； 加工工艺

轴类零件是常见的典型零件之一。按轴类零件结构形式不同， 一般可分为光轴、阶梯轴和异形轴3 类或分为实心轴、空心轴等。它们在机器中用来支承齿轮、带轮等传动零件， 以传递转矩和运动， 为支承传动零件（ 齿轮、皮带轮等） ， 传递扭矩， 承受载荷， 以及保证装在主轴上的工件和刀具具有一定的回转精度。因而， 对于轴的加工必须追求精度， 严格按照技术要求进行加工。

一、零件分析

1.零件技术要求分析。零件的技术要求主要包括尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度及热表处理要求等。进行零件技术要求分析，主要是分析这些技术要求的合理性以及实现的可能性， 重点分析重要表面和部位的加工精度和技术要求，为制定合理的加工方案做好准备。

2.零件的结构工艺性分析。零件的结构工艺性是指所设计的零件，在能够满足使用性能要求的前提下制造的可行性和经济性。好的结构工艺性会使零件加工容易，节省成本，节省材料；而不合理的结构工艺性会使加工困难，加大成本，浪费材料，甚至无法加工。

二、合理选材

1.轴类零件的毛坯，可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形状。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主，而对于外圆直径相差大阶梯轴或重要的轴，常选用锻件。这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批量生产多采用自由锻，大批大量生产量时采用模锻。

2.轴类零件的材料：应根据不同的工作条件和作用要求选用不同的材料，并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。

45号钢是轴类零件的常用材料，它的价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45HRC～52HRC。40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。轴承钢GCr15和弹簧钢15Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50HRC～58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造高精度的轴。

三、制定加工方案

1.分析图样，确定加工方案。对所要加工的零件进行技术要求分析，选择合适的加工方案，再根据加工方案选择合适的机床。

2.工件的定位与装夹。根据零件的加工要求，选择合理的定位基准，并根据零件的批量、精度及加工成本选择合适的夹具，完成工件的装夹与找正。

3.刀具的选择与安装。刀具寿命与切削用量有密切的关系。在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。

数控车削刀常用的一般分成型车刀、尖形车刀、圆弧形车刀三类。成型车刀也称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。数控车削加工中，常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹刀等。在数控加工中，应尽量少用或不用成型车刀。尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。这类车刀的刀尖由直线型主副切削刃构成，如90度内外圆车刀、左右端面车刀、切槽（切断）车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。尖形车刀几何参数（主要是几何角度）的选择方法与普通车削时基本相同，但应结合数控加工的特点（如加工路线、加工干涉等）进行全面考虑，并应兼顾刀尖本身的强度。

刀具究竟从什么位置开始移动到指定的位置呢？在程序执行的一开始，必须确定刀具在工件坐标系下开始运动的位置，这一位置即为程序执行时刀具相对与工件运动的起点，所以称程序起始点或起刀点。此起始点一般通过对刀来确定，所以该点又称对刀点。在编制程序时，要正确选择对刀点的位置。对刀点设置原则是：便于数值处理和简化程序编制。易于找正并在加工过程中便于检查，引起的加工误差小。对刀点可设置在加工零件上，也可以设置在夹具上或机床上，为了提高零件的加工精度，对刀点应尽量设置在零件的设计基准或工艺基准上。实际操作机床时，可以通过手工对刀操作把刀具的刀位点放到对刀点上，即“刀位点”与“对刀点”的重合，所谓“刀位点”是指刀具定位基准点，车刀的刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心。用手动对到操作，对刀精度较低，且效率低。而有些工厂采用光学对刀镜、对刀仪、自动对刀装置等，以减少对刀时间，提高对刀精度。加工过程中需要换刀时，应规定换刀点。所谓“换刀点”时指刀架转动换刀时的位置，换刀点应设在工件或夹具的外部，以换刀时不碰工件及其他部件为准。

4.加工路线的确定。走刀路线泛指刀具从起刀点开始运动起，直到返回该点并结束加工程序所经过的路径。包括切削加工的路径及刀具引入、切出等非切削空行程。加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率较高。使走刀路线最短可以节省整个加工过程的执行时间，还能减少一些不必要的刀具消耗及机床进给机构滑动部件的磨损。

5. 合理选择切削用量。数控车削中的切削用量包括切削深度、主轴转速、进给速度。它们的选择与普车所要求的基本对应一致， 但数控车床加工的零件往往较复杂，切削用量按一定的原则初定后， 还应结合零件实际加工情况随时进行调整，调整方法是利用数控车床的操作面板上各种倍率开关，随时进行调整，来实现切削用量的合理配置， 这对操作者来说应该具有一定的实际生产加工经验。

6.数控程序的编制。数控车床的编程要先粗后精、先近后远、先内后外、程序段最少、走刀路线最短，这就要求我们在编程时，特别注意理论联系实际，并在大量的实践中，对所学的知识进行验证或修正，做到编制的程序最实用。

编程时常取零件要求尺寸的中值作为编程尺寸依据。如果遇到比机床所规定的最小编程单位还要小的数值时，应尽量向其最大实体尺寸靠拢并圆整。

编程时尽量符合各点重合的原则。也就是说，编程的原点要和设计的基准、对刀点的位置尽量重合起来，减少由于基准不重合所带来的加工误差。

巧利用切断刀倒角。对切断面带倒角的零件，在批量车削加工中比较普遍，为了便于切断并避免掉头倒角，可巧利用切断刀同时完成车倒角和切断两个工步，效果较好。同时切刀有两个刀尖，在编程中要注意使用哪个刀尖及刀宽问题，防止对刀加工时出错。

四、结语

对所输入的程序进行试运行，并进行首件试切，校验一下程序，观察工艺效果，如有不当，应予改正，并再次试切，直到满意为止。综上所述，数控加工工艺的确定是零件加工的重要环节，工艺方案的好坏直接影响机床效率的发挥和零件的加工质量， 在实际教学和生产中应特别重视。

参考文献：

[1]韩鸿鸾.数控加工工艺学[M].北京：劳动和社会保障出版社，2005，第二版.

[2]袁峰.数控车床培训教程[M].北京：机械工业出版社，2008，第二版.