金属零件的铣床加工工艺分析

陈 直

（甘肃有色冶金职业技术学院，甘肃 金昌 737100）

金属零件是指以金属作为加工原料，将金属加工成各种规格与形状的金属部件称之为金属零件。由于金属零件体积小、重量轻，需要具备良好的机械性能和金属性能，因此金属零件加工具有较高的难度[1]。

随着现代科技与数字化技术的发展，金属零件加工已经逐渐趋于机械化，利用机械设备对金属零件进行加工，这种加工方式相对于传统人工加工方式无论是在加工精度上还是加工效率上都有明显的提高[2]。目前应用于金属零件加工的机械设备主要为机床，最常见的机床为铣床，铣床是数控机床的一种，其主要由工件、铣刀组成，在对金属零件技工过程中令铣刀以旋转运动作为主运动，利用铣刀对金属零件进行切割，从而将金属板块加工成金属零件[3]。目前现有的金属零件铣床技工工艺在实际应用中存在许多问题，由于对铣床参数设定不合理，导致金属零件加工工艺具有较大的加工误差，加工成的金属零件在精度上很难达到要求，为此提出金属零件的铣床加工工艺分析。本文在原有加工工艺基础上，设计一套新的铣床加工工艺，为金属零件铣床加工工艺优化与完善提供参考理论。

1 金属零件的铣床加工工艺设计

1.1 金属零件的铣床加工材料选取及锻造

首先需要根据金属零件加工要求，选取合适的加工原材料。将金属零件不同部位进行区分，正常情况下金属零件由槽、肩、齿轮等基础部分所组成，各个部件硬度及性能要求不同，其加工原料也所不同[4]。由于金属零件槽部对硬度要求较高，轴部和肩部相比之下硬度要求较低，因此通常情况下，对于金属零件槽的加工选择优质碳结构的32号钢作为材料；对于金属零件肩部加工选择优质碳结构的35号合金钢作为材料；金属零件轴部加工材料为优质碳结构的35号合金钢作为材料；其余部分均采用优质碳结构的40号钢作为加工材料。

选取完合适的金属零件加工原材料后对金属零件各个部件进行锻造，锻造方式采用正火方式，将原材料放入到美国IJH公司生产的HIUD-5615型号HR炉内，在熔炼炉内，将温度设定在1200℃，锻造的时间设定为20min,除了严格控制锻造时间和温度外，还必须满足金属零件的加工要求，并对RH炉进行标准参数设定，将其最大的气流量设定为155m3·h-1，这样就完成了材料选择和锻造金属零件的铣床[5]。锻造后，将要加工的金属零件放入冷水退火池中，以快速缓解原材料中的锻造应力。

1.2 金属零件粗车

利用铣床对金属零件各个部分进行粗加工，根据金属零件加工图纸，对铣床设备加工参数进行设定，在一般情况下，会将铣床的主轴转速设定成5600rpm，主轴的功率在12kW，主轴扭矩设定为40Nm，主轴的极限转角设定为125°，通过以上参数设置，可以在铣床上对金属零件进行粗加工。

根据金属零件各部分的加工要求，铣床的加工精度分为5～9级，根据金属零件加工精度要求不同，可以确定铣床小批量生产和大批量生产，如果精度要求较高，选择铣床小批量生产方式，利用铣床对金属零件粗加工过程中按照先滚齿，再剃齿的粗加工顺序进行粗车；如果对金属零件加工精度要求较低，在铣床设备上选择大批量生产方式，利用铣床对金属零件粗加工过程中按照先剃齿、再滚齿的粗加工顺序进行加工[6]。

根据金属零件各个部件的加工顺序，在铣床设备上设定基准定位，将铣床的基准定位公差值控制在五分之一到三分之一之间，这样可以保证金属零件各个部件与铣床刀具的距离精度，以此完成金属零件粗车。

1.3 金属零件表面渗碳及精加工

利用铣床对金属零件粗加工后，还需要根据金属零件的实际硬度要求以及外形要求，在金属零件表面进行渗碳，并且再次利用铣床对金属零件进行细加工，以此保证金属零件表面的硬度、韧性、摩擦性等性能，以及金属零件外观可以满足金属另加加工精度要求。

首先对铣床粗车完成后的金属零件进行渗碳，通常情况下渗碳深度为2.55mm～2.85mm之间，渗碳的部位有金属零件的齿部以及凹槽表面；渗碳处理之后需要在金属零件表面涂抹一层防渗透涂料，这样可以保护金属零件不受到空气中氧气氧化，延长金属零件的寿命。另外，需要处理金属零件的图纸，利用铣床对金属零件进行细加工，在铣床粗车参数基础上对精度进行提高，将铣床主轴转速减小到2500rpm，主轴功率减小到8.5kW，主轴扭矩减小到10Nm，主轴的极限转角减小到75°，利用铣床刀具对金属零件周边多余的材料进行切剪；然后，修整金属零件的表面，抛光金属零件的表面以使其光滑，并调整金属零件的每个零件的尺寸，要以图纸的标准要求为主。最后，要求在加工前要对两件进行检查，是否在金属两件的表面出现裂纹，如果金属零件表面存在裂纹需要对其进行重新精加工，以此完成机械齿轮轴加工。

2 实验论证分析

实验以某金属零件为实验对象，该金属零件为汽车组装用的齿轮轴，该齿轮轴由轴槽、轴肩、齿轮以及环槽所组成，齿轮厚度为2.55mm，齿轮轴轴径为12.55mm，实验利用此次设计加工工艺与传统加工工艺对该金属零件进行铣床加工。

实验中使用的铣床为英国IJD公司生产的DSDF-6225型号，铣床按照国外最先进的铣床指令的技术标准2014/14/GB生产，可以实现人工智能，重量轻，体积小，安全性和稳定性极高的全自动加工。实验按照上述加工流程对金属零件进行加工，加工数量为3000个，从加工的金属零件中选取7个金属零件，利用尺度测量仪测量金属零件轮廓参数，并将其与该金属零件加工图纸中数据进行比较，利用siier软件计算出金属零件加工误差，实验以加工误差作为两种加工工艺对比实验结果，根据实验数据绘制两种工艺加工误差对比表格如下。

表1 两种工艺加工误差对比（mm）

从上表可以看出，此次设计金属零件铣床加工工艺加工误差最大仅为0.002mm；而传统工艺加工误差最大为0.268mm，最小误差为0.058mm，远远大于此次设计加工工艺，因此实验证明了本次设计工艺更适用于金属零件的铣床加工，具有较高的加工精度。

3 结束语

本文结合目前金属零件加工现状，提出了一套全新的金属零件铣床加工工艺，通过实验论证了该加工理论可行、可靠，能够有效解决金属零件加工误差问题。此次研究对金属零件铣床加工具有一定的参考价值，对提高金属零件铣床加工水平和精度具有良好的现实意义。