关键词:车轴加工、数控车床、加工精度、生产效率、工序集中
引言：车轴是转向架组成的重要零部件，车轴的加工质量影响着机车车辆的行车安全，传统的车轴加工受设备等工艺条件的限制，工序比较分散，车轴加工精度和生产效率不高；我们在认真分析现场生产条件的基础上，采用工序集中的原则，将原来在普通车床上加工的内容安排在数控车轴车床上加工，消除了由于多次装夹带来的基准不重合误差，提高了工艺系统的刚度，减少了工序间的吊运及装夹时间，充分发挥了数控车床精度高、效率高、自动化程度高的特点，提高了车轴的加工精度和生产效率。
1、车轴的结构分析
车轴主要加工内容有：中心孔、端面、外圆及圆弧（如图1所示）。车轴加工常会遇到因工艺系统刚性不足而产生振动的现象，影响车轴加工质量；数控车床传动链短，传动误差小，机床刚性好，可以提高车轴的加工质量。
2、数控车床的加工特点：
数控车床是一种高效率自动化的设备，它的效率是普通车床的2-3倍，所以在车轴加工过程中要充分发挥数控车床的这一特点，就必须熟练掌握其性能、特点、使用操作方法，同时还必须在编程之前正确的确定加工方案。
2.1、加工工序划分
在数控车床上加工车轴工序可以比较集中，一次装夹应尽可能完成较多的工序内容，与普通车床加工相比，加工工序划分有自己的特点：制定加工方案的一般原则为先粗后精，先近后远，先内后外，程序段最少，加工路线最短，常用的工序划分原则有以下两点：
2.1.1提高生产效率的原则
用数控车床加工成都地铁车轴时，为了减少换刀次数，节省换刀时间，应将需用同一把刀具加工的加工部位全部完成后，再换另一把刀来加工其他部位，同时应尽量减少空行程，用同一把刀加工工件的多个部位时，应以最短的路线到达加工部位，简化加工程序的编制。
2.2、加工路线的确定
在数控加工中，刀具（严格说是刀位点）相对工件的运动轨迹和方向称为加工路线。即刀具从对刀点开始运动起，直至加工程序结束所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入，返回等非切削空行程。影响走刀路线的因素很多，有工艺方法，工件材料及其状态；加工精度及表面粗糙度要求、工件刚度、加工余量，刀具的刚度，耐用度及状态；机床类型与性能等，加工路线的确定首先必须保证被加工零件的尺寸精度及表面质量，其次考虑数值计算简单，走刀路线尽量短，效率较高等。
2.3、数控车加工控制尺寸精度的技巧
数控车削加工技术已广泛应用于机械制造行业，如何高效、合理、按质按量完成工件的加工，不仅依靠数控车床的自身精度，而且还有一定的经验和技巧：
2.3.1、修改刀补值保证尺寸精度
由于第一次对刀误差或者其他原因造成工件误差超出工件公差，不能满足加工要求时，可通过修改刀补使工件达到要求尺寸，保证径向尺寸方法如下：
1）、绝对坐标输入法
根据“大减小，小加大”的原则，在刀补001～004处修改。如用2号外圆车刀车外圆时工件尺寸大了0.1mm，而002处刀补显示是X3.8，则可输入X3.7，减少2号刀补。
2）、相对坐标法
如上例，002刀补处输入U-0.1，亦可收到同样的效果。
同理，对于轴向尺寸的控制亦如此类推。如用1号外圆刀加工某处轴段，尺寸长了0.1mm，可在001刀补处输入W-0.1。
2.3.2、半精加工消除丝杆间隙影响保证尺寸精度
对于大部分数控车床来说，使用较长时间后，由于丝杆间隙的影响，加工出的工件尺寸经常出现不稳定的现象。这时，我们可在粗加工之后，进行一次半精加工消除丝杆间隙的影响。如用1号刀G71粗加工外圆之后，可在001刀补处输入U0.3，调用G70精车一次，停车测量后，再在001刀补处输入U-0.3，再次调用G70精车一次。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆经过此番半精车，消除了丝杆间隙的影响，保证了尺寸精度的稳定。
2.3.3、程序编制保证尺寸精度
1）、绝对编程保证尺寸精度
编程有绝对编程和相对编程。相对编程是指在加工轮廓曲线上，各线段的终点位置以该线段起点为坐标原点而确定的坐标系。也就是说，相对编程的坐标原点经常在变换，连续位移时必然产生累积误差，绝对编程是在加工的全过程中，均有相对统一的基准点，即坐标原点，故累积误差较相对编程小。数控车削工件时，工件径向尺寸的精度一般比轴向尺寸精度高，故在编写程序时，径向尺寸最好采用绝对编程，考虑到加工及编写程序的方便，轴向尺寸常采用相对编程，但对于重要的轴向尺寸，最好采用绝对编程。
2)、数值换算保证尺寸精度
很多情况下，图样上的尺寸基准与编程所需的尺寸基准不一致，故应先将图样上的基准尺寸换算为编程坐标系中的尺寸。轴向尺寸除184外，其余均属直接按零件图标注尺寸经换算后而得到的编程尺寸。
数控车削加工是基于数控程序的自动化加工方式，实际加工中，操作者只有具备较强的程序指令运用能力和丰富的实践技能，方能编制出高质量的加工程序，加工出高质量的工件。
2.4、合理选择切削用量
对于高效率的金属切削加工来说，被加工材料、切削工具、切削条件是三大要素。这些决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济有效的加工方式必然是合理的选择了切削条件。切削条件的三要素：切削速度、进给量和切深直接引起刀具的损伤。伴随着切削速度的提高，刀尖温度会上升，会产生机械的、化学的、热的磨损。切削速度提高20%，刀具寿命会减少1/2。进给条件与刀具后面磨损关系在极小的范围内产生。但进给量大，切削温度上升，后面磨损大。
2.5、合理选择刀具
2.5.1、刀具几何角度的选择
合理选择刀具，关键是合理选择刀具的几何角度，一般来说，提高切削速度，减小进给量，可以提高表面加工质量，但进给量过小会增加冷硬程度和表面残余应力。适当增大前角、后角，减少主偏角，副偏角，增大刀尖圆弧半径，都可以提高工件的表面加工质量。但前角和后角过大，会使刀具耐用度降低，刀具磨损加快，降低表面质量；主偏角，副偏角太小，刀尖圆弧太大，易引起振动；使工件表面加工质量降低。正值刃倾角使切削流向工件待加工表面，并采取卷屑，断屑措施，可防止切屑拉毛已加工表面，提高表面加工质量。工件材料较软或刀具强度较高时，宜选用较大的前角；工件材料较硬或刀具强度较差时，宜选用较小的前角；粗车时选用较小的前角，精车时选用较大的前角。合理选择刀具除遵循以上规律外，还要遵循以下原则：
1) 粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求。
2) 精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的
要求。
3) 为减少换刀时间和方便对刀，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。
2.6、合理选择夹具及装夹方式
1）尽量选用通用夹具装夹工件，避免采用专用夹具；数控车轴车床采用了液压自动夹紧卡盘，，主轴卡盘一端采用了一定位套限制了车轴的轴向移动，车轴在数控车床上采用一夹一顶的定位方式，从而有效地保证了车轴的轴向尺寸公差。
2）车轴数控车削加工采用了基准重合和基准统一的原则，减少了由于多次装夹带来的定位误差，提高了车轴的定位精度，保证了车轴的加工质量。
4以及作业内容适合工序集中的的特点，将原来分散在普通车床上的工序加以集中，不仅提高了车轴的加工精度，而且生产效率提高了3-4倍。
参考文献
[1]薛源顺主编 机床夹具设计 北京：机械工业出版社 2009
[2]崔兆华主编 数控加工工艺 山东：山东科学技术出版社 2005
[3]郑修本主编 机械制造工艺学 北京：机械工业出版社 2010
作者简介：曹全奎，中车青岛四方机车车辆股份有限公司数控加工高级技师。
论文作者:曹全奎
论文发表刊物:《科学与技术》2019年18期
论文发表时间:2020/4/28
标签：加工论文; 车轴论文; 工件论文; 尺寸论文; 刀具论文; 精度论文; 工序论文; 《科学与技术》2019年18期论文;