摘要：为避免细长轴类零件加工缺陷，优化细长轴类零件加工工艺规划，本文首先细长轴类零件结果特征信息，进行细长轴类零件的特征信息描述，对零件信息的几何、特征等进行完整的特性描述，建立细长轴类零件特征描述模型；同时提取切除多余物的几何信息与类型，并在此基础上研究基于几何特征描述制定细长轴类零件加工工艺流程和设计加工顺序，分析细长轴类零件的加工道具选择方法，为提升细长轴类零件加工精度和表面质量提供指导。
关键词：细长轴类零件 加工工艺 优化
1．前言
工程上把长度与直径之比大于10的零件称为细长轴类零件。由于细长轴类零件长度与直径的关系，造成其刚性较差，磨削加工时，细长轴类零件在磨削力和磨削热的共同作用下很可能产生加工变形；当细长轴类零件长径比超过40后，由于细长轴类零件自重形成的挠度会使细长轴类零件在生产中形成让刀现象，导致被加工表面形成素线不直的问题。同时由于细长轴类刚度较差，磨削加工中容易形成受迫形成的振动和自激形成的振动，使表面产生直波形成的振纹和多角形成的振纹，同时容易形成径向加工跳动误差。在切削加工时，受切削力作用、装卡力作用、自身重力作用、切削热作用、振动作用等因素，会形成以下现象：切削加工时生产的径向切削力作用与装卡径向力作用的合理综合，会细长轴类零件使弯曲变形现象，零件旋转时容易引起振动现象，从而导致生产的精度和表面质量下降；由于零件自重变形容易导致工件振动现象，会使加工精度和表面质量下降；零件转速高时，离心力的影响，加剧了零件弯曲变形现象；在加工过程中，在切削热影响下，会引起细长轴类零件弯曲变形现象。为此需要对细长轴类零件加工工艺进行合理设计，避免细长轴类零件加工缺陷，提升细长轴类零件加工精度和表面质量。
2．细长轴类零件特征描述
细长轴类零件特征描述模型为一种层次结构，依次为零件描述层、 特征描述层和几何描述层。零件描述层主要表现了设计零件描述的总体数据；特征描述层则 包含了零件描述的不同特征的集合和相互交叉关系。其中几何特征描述模型是精度特征描述模型、非几何特征描述模型与形状特征描述模型的桥梁，是特征描述层中最重要的特征信息。由于细长轴类零件的设计与加工不根据特征进行描述， 实体描述加以辅助。因此细长轴类零件几何特征描述作为实体模式的一部分，其集合描述也是个特殊实体描述；几何描述层主要表现细长轴类零件的点、线、面的几何与拓扑参数，是细长轴类零件特征描述模型的基本。
特征描述可以划分为主特征描述和辅助特征描述。其中细长轴类零件主特征描述包括外圆描述、外锥面描述、外螺纹描述、外花键描述、内孔描述、锥孔描述、内螺纹描述、内键槽描述等参数，并由此形成出细长轴类零件的主要特征信息。而细长轴类零件的辅助特征描述包括有倒角描述、圆角描述、辅助孔描述、环捕描述、直槽描述等，也就是基于主特征描述之上的特性信息。细长轴类零件的几何特征信息不复杂，形成细长轴类零件的基本形体信息一般是由几何形状信息形成的，从而细长轴类零件的特征信息分类和参数表达比较方便
基于特征信息的细长轴类零件拓扑结构信息如图3所示．第一次为整个细长轴类零件所有零件特征信息的组成；第二层次为零件主特征信息；第三层次为辅助特征信息及主特征的特性信息；第四层次为辅助特征信息的特性信息。各连接线描述了特征信息间的相互制约关系。
图3基于特征信息的细长轴类零件拓扑结构
3．细长轴类零件加工工艺优化
根据细长轴类零件的几何特征参数信息，结合其它特征参数信息以及加工工艺规划， 设计与制定细长轴类零件的一般加工顺序。 然后按照细长轴类零件一般加工顺序，各工序中对零件所进行的金属切削加工，同时形成切削多余物， 同时依据切削多余物的几何形状等描述再制定出加工工艺中加工刀具选择方法， 同时制定加工切削用量和机床设备选择方法。
几何特征描述是制定加工工艺的基本，根据细长轴类零件几何特征信息的进行制定，同时可以设计细长轴类零件的一般加工顺序，其具体流程如下：
（1）搜索细长轴类零件几何特征信息的模型的所有节点信息，对细长轴类零件实现进行主特征信息加工工序，然后完成所有辅助特征加工工序；
（2）制定先外后内的策略，将几何特征描述模型中的每一个主特征节点内部特征加工工序，然后进行外主特征的加工工序；
（3）依据精度描述模型中的形位公差参数，制定主特征下的加工顺序，同时将作为设计依据的主特征信息作为首先加工工序。另外在粗加工过程相同类别主特征信息的加工顺序制定中， 首先完成外主特征信息中直径相对较大加工工序，然后完成外主特征信息中直径相对较小加工工序；
（4）进行加工工序的整体分类时，按照以先粗后精的策略进行。
细长轴类零件所使用的加工刀具包括各种类型的外圆车刀形式、 切槽刀形式、 钻孔刀形式、 镗孔刀形式等，同时可以根据切除体的几何形状信息判断出使用的刀具形式。对于相同类型的加工刀具，刀具采用的粗精加工方法、刀具用途、刀具切削方向形式、刀具切削刃长度量、刀具主仰角度等不一致。为此需要确定这类信息之后，才能正确确定以及选择合适的加工刀具。
切削多余物的几何形状信息判断出使用的刀具形式，提升机可以分析出来加工的特征类型形式、粗精加工采用的方法、切削的方向与形式及刀具参数等，从而作为选择道具的参考。当选择加工外圆特征信息的车刀类型以后，其一般依据切除体的几何参数可以得到车刀的类型；其中在外特征粗加工中二维几何形状信息描述中，一般根据粗加工过程中的一次走刀量的策略，走刀的长度和高度描述该加工时的切削深度以及走刀程度，从而可以确定加工刀具的最小切削刃长度范围，从而在从加工资源库获取以及选择合适的加工刀具； 而Kmax值则描述了该外圆特性的具体形式，从而选择具体外圆车刀形式。因此可以确定与制定加工刀具选择机制与方法，从而有效完成细长轴类零件加工过程。
4．结论
本文首先细长轴类零件结果特征信息，进行细长轴类零件的特征信息描述，对零件信息的几何、特征等进行完整的特性描述，建立细长轴类零件特征描述模型；同时提取切除多余物的几何信息与类型，并在此基础上研究基于几何特征描述制定细长轴类零件加工工艺流程和设计加工顺序，分析细长轴类零件的加工道具选择方法，优化细长轴类零件加工工艺规划，避免细长轴类零件加工缺陷，为提升细长轴类零件加工精度和表面质量提供指导。
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论文作者:韩基伟
论文发表刊物:《科技中国》2017年7期
论文发表时间:2017/10/11
标签：零件论文; 特征论文; 加工论文; 信息论文; 几何论文; 刀具论文; 工序论文; 《科技中国》2017年7期论文;