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轴类零件范文1
[摘 要]偏心轴 镍基合金 变形 位置度
中图分类号：D415 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）13-0289-01
一、零件介绍
SS.050023是我最早接触的偏心轴之一，2009年开始试制，2009年年底交付首件。首件得到了客户的认可。随后即投入批量生产。本文以该偏心轴为例，通过分析并解决在试制过程中出现的工艺问题。为后续偏心轴的试制提供宝贵经验。
该偏心轴的毛坯为镍合金ALL0Y718的棒料。零件总长965.962mm，最大外径为Φ87.376mm，零件有一个 Φ31.75的偏心通孔，零件左端有位置度要求较高的偏心内孔，零件右端有位置度要求较高的偏心外圆，偏心距全部为8.89mm，在零件右端面有许多台阶孔，尺寸及位置度要求高，加工时要避开63mm的干涉距离。如下图所示：
二、加工中存在的问题
该零件材料主要成分含镍50-55%，含铬17-21%，含锰2.8-3.3%等等，和其它镍基合金的一样，有优良的高温强度、热稳定性，硬度高，导热系数低。
加工中主要存在的问题：
1.深孔钻加工偏心内孔，进出口偏差较大。
2.图纸要求所有未注外圆位置度为0.127，立加铣削槽时，粗加工完检查中间外圆跳动超过0.4，变形导致所有位置度无法满足要求。
3.偏心外圆位置度要求高，数车加工时无法检查。
4.端面孔复杂，孔加工难度大，冷却不充分，排屑不畅，刀具磨损较快，容易打刀。
三、偏心轴的工艺安排
先在零件两端面各加工一个偏心孔，在卧式加工中心上钻两个偏心孔作为深孔钻加工偏心孔的引导孔，孔口倒角作为顶尖孔。
然后在零件适当位置上组合工艺套，再用两顶尖装夹在车床上将工艺套车成偏心套，这样就可以支撑该偏心套来加工偏心孔。
工艺套使用45#钢，价格低廉，适合我们这种批量少价格昂贵的零件。为防止加工中偏心套松动导致偏心错位，我们将偏心套配过盈0.1～0.15，加热后组合在零件上，取下偏心套也很容易，在偏心套最薄处铣个开口就可以很方便的卸下来。
四、工艺流程
合理的工艺线路对零件的加工质量至关重要。偏心轴的工艺就是要控制零件的偏心距。
工艺编排，把容易引起零件弯曲变形的工序编排靠前位置。比如去除大余量的深孔钻工序和四槽去大余量立加粗加工工序编排在两端型面精加工前完成，最大限度的减小加工内应力影响零件后续精加工。
后续工序需检查零件中间位置的跳动，监控零件变形情况，按零件变形情况，安排校正工序，较直变形零件。
减小零件加工中的人为因素，尽量用机器完成工序中的工作，易于保证零件加工精度。比如螺纹加工，改钳工攻丝为加工中心螺纹铣削。
五、加工分析
1.深孔钻削
正常的钻削技术所加工的孔，其孔深一般不超过5倍直径，而该偏心轴中心的偏心孔长径比超过30，加工难度极大，而且只能从一头加工偏心孔，如果两头加工则很难做到两头偏心孔同轴。任何孔深大于10倍直径的孔都称为深孔，深孔加工需要高压的冷却液和良好排屑系统。深孔加工排屑是难题，切屑越小越好排出。高压力的切削液流经钻头与己钻孔之间的外钻管，钻头是中空的，切削液携带铁屑进入钻体，然后经钻杆排出。
因镍基高温合金很难加工，刀具磨损严重，加工到一半深度就必须退刀更换刀片后再继续加工。孔径比越大，孔的同轴度越难以保证，加工出来的偏心孔出口偏差在0.5～1.6mm之间，超过最终图纸要求，所以外圆必须留有余量，以内孔为基准修车外圆来满足同轴度要求。
偏心轴是采取在卧式加工中心上找正己加工的偏心孔，修正外圆基准，保证零件偏心轴。
2.控制铣削变形
因为不对称铣削，粗加工后零件中间弯曲变形0.2～0.5，必须进行校直后才能进行精加工。校直时支撑零件两头，找到中间外圆跳动最大处，根据百分表的显示慢慢调整机床压力。
采用合理有效的刀具和切削参数对控制铣削变形至关重要。
高温合金是难加工的材料之一。其主要的切削特点为 ①切削力大，②切削温度高，③加工硬化严重，④刀具易磨损。镍基高温合金ALLOY 718基体硬度约HRC37，切削后表面产生0.03毫米左右的硬化层，硬度增加到HRC47左右，硬化程度高达27%，加工硬化现象对刀具寿命有很大影响。
在加工的过程中，增强零件装夹钢性和强有力的冷却有效的减小铣削变形，还能延长刀具寿命。
3.端面孔加工
端面细长孔因为尺寸及位置度要求高，所以工艺编排在最后加工。
孔加工属半封闭式加工，是轴类零件加工中难度最大的加工方式，主要难点表现在孔的直径较小，孔径较深，冷却效果差，产生的切削热和切屑难以及时排出，刀具磨损严重，并且轴端面在有凸台，刀具伸出很长导致刀具的钢性差，加工过程中让刀严重磨损，影响孔的直径和位置度。
通过加工中摸索，钻削镍基合金小深孔需关注以上几点：
优先使用带涂层的整体硬质合金刀具，带涂层刀具可明显延长刀具寿命。
增大锋角可减少刃屑接触长度，降低切削热，改善钻头切削条件，高温合金钻头的锋角推荐135°～140°。
钻小深孔时必须使用啄钻，每啄钻一次后将刀具完全退出零件表面，让冷却液充分冷却钻头并冲走切屑。
刀具悬深太长，刚性太差时可将刀具做成阶梯式刀具，在不干涉的情况下增大夹持部分的直径。
尽量使用强力夹头刀柄或液压刀柄等高精度刀柄来装夹刀具，这样刀具的跳动小寿命长，加工的孔位置精度高。
钻头在切入工件时震动最大，导致钻头的横刃磨损或崩刃，钻头寿命低。可调整切削参数，在切入工件的时候将进给降低到30%，等钻头进入工件3-5mm后再使用正常的进给。
长径比超过10的小深孔可使用内冷钻头，这样可充分冷却削刃，使排屑变得更为顺畅。
六、存在的问题及改进方向
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关键词：工艺；加工方案；装夹方案
当今数控机床正朝着以下几个方向发展：高精度化、智能化、柔性化、集成化、复合化。轴作为机械加工中常见的典型零件之一，在机械中主要用于支承齿轮、带轮、凸轮以及连杆等传动件，以传递扭矩。轴按结构形式不同，可以分为阶梯轴、锥度心轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴、各种丝杠等。其中阶梯传动轴应用较广，其加工工艺能较全面地反映轴类零件的加工规律和共性。而轴类零件的精度要求较高，所以在车削时除了要保证尺寸精度和表面粗糙度外，还应保证其形状和位置精度的要求。文章在对复杂轴类零件进行分析的基础上，积极探讨加工工艺过程，从而进一步提高企业的生产效率和利益。
工艺分析
1.零件1的主要加工部分包括四段圆柱外径、一段圆锥外径、两段相切的外圆弧、一段椭圆外轮廓、一个外切槽、两个圆柱内径、一个公制内螺纹以及端面。外轮廓应通过粗、精车和切槽来完成，内轮廓应通过钻孔、粗镗、精镗和车螺纹来完成。
2.零件2主要加工部分包括圆柱外径、一段圆弧、螺纹端面以及一段圆锥内径和圆柱内径，外轮廓通过粗、精车来完成，内螺纹通过钻孔、粗镗、精镗来完成。
3.对零件1和零件2的圆柱面配合，有轮廓光滑过渡和较高的跳动误差要求。
制定加工工艺方案
1.为了便于后工序找正，工序一和工序二应选择适当位置车出一道工艺槽，由于零件一的工艺槽的侧面和底面对刀时都要用，所以将零件1的槽底面车圆，而零件2的工艺槽底面可以不用。
2.为保证外轮廓的尺寸精度和表面粗糙度要求，把两件装配在一起车曲线外轮廓时应分别使用粗精刀片来进行粗精加工。
3.首先确定加工工序与部位，此方案是两个零件先各加工两道工序，然后再装配在一起，利用自制的辅助顶尖，加工共同的第五道工序。工艺流程见表：
确定装夹方案
零件上比较精密的表面加工，常常是通过粗加工、半精加工、精加工逐步达到的。对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确的确定毛坯到最终成型的加工方案。
1.工序一 零件1左端装夹要领
将工件装夹紧固，先用T01刀具手动车端面1.5mm，把对出的值分别输入的对应刀具补偿相应位置。把1号刀的刀尖R0.4和刀具位置码3输入到刀补界面内，把1号刀刀补值改成0.1。执行程序至结束，停车后测量，如果大了，再运行精加工修车，再测量，直至尺寸合格后再卸工件。
2.工序二 零件2左端装夹要领
将工件装夹紧固，对出T01和T02刀的X和Z值，并将这两个值分别输入相应的刀具补偿位置。使用手动方式完成麻花钻钻孔，之后运行程序。注意内孔镗刀是否能车削外端面，在车完外、内径，运行停止时，复位、退刀，测量外内径，如外径大，内径小，再运行修车。如果第一遍运行时内径刀未车到端面，在修车之前应修改内径刀和Z向刀补值，直到车到端面为止。修车到外内经合格为止。
3.工序三 零件2右端装夹要领
采用中等偏上的夹紧力，T01和T02的X向都可延用之前的对刀值。对出的T01、T02刀的Z向值，并将这两个值分别输入相应的刀具补偿位置。运行程序，在车完内径、端面和内倒角后停止时，复位、退刀、检测这几个尺寸。如不合适就修车，直到内、外径合格为止。
4.工序四 零件1右端装夹要领
应将工件装夹紧固，将T01、T02、T03对刀，其中T01、T02刀只要对Z向即可，X向延用上工序留下的值。把对出的值分别输入刀具补偿的相应位置。把3号刀的刀尖R0.4mm和位置码8输入刀补页面内，把T02、T03刀刀X向刀补值修改成-0.2。使用手动操作，用直径23麻花钻钻孔，注意观察内径刀是否能车到外端面，在车完外、内径停止时，复位、退刀、检测这几个尺寸。如不合适就修车，直到内、外径合格为止。将程序转到螺纹加工程序，切螺纹，运行结束后用塞规进行综合检测，如果塞规进不去就修车，直至检验合格为止。
5. 工序五 零件1和零件2配合加工要领
利用自制的辅助顶尖，用中等夹紧力装夹工件，对应刀具号输入相应补偿值。运行一遍程序测量尺寸，如外径大了就进行修车，直到尺寸合格为止。
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【中图分类号】 F407.44【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0250-02
前 言
随着社会的发展，人们对产品的质量要求不断提高，希望其产品轻巧、美观、环保、节约原材料，所以薄壁零件被更多应用到产品中。因此，提高薄壁零件的加工质量，对满足产品高品质的要求起着重要的作用。而该类零件的突出特征是零件的刚度低，精度高，在加工中容易产生变形，加工制造的难度大。因此对薄壁零件的加工进行深入的研究有着十分重要的意义。下面我们主要对轴类薄壁零件的加工作出分析研究。
一 、 薄壁零件的特性
薄壁零件的壁厚和零件的整体尺寸相比，很小。因而使零件本身刚性减弱，当受到外力的作用时容易引起变形。薄壁零件的工艺稳定性差。对于轴类薄壁零件，壁厚的大小对零件的加工质量影响很大。壁厚大的，刚度大。壁厚越小，零件的刚度越小，变形量越大。这是造成加工误差的天然因素，也即内因。有时为满足设计要求我们难以改变，那么我们就只能从构成加工误差的外部因素加以分析。下面我们分析造成加工误差的其他因素。
二、 薄壁零件加工误差分析
由上述分析可知，薄壁零件的刚度低，是造成加工误差的内部因素，构成加工误差的外因，一方面，与机床本身的精度，刀具的性状有关。另一方面，与零件所受外力有直接影响。
1、 切削力的影响
例如，在车床上或外圆磨床上加工长轴时，零件被装卡在两顶针之间。切削力Py，使零件发生弯曲变形。因而，在零件的全长范围内，切去的金属层厚度不均匀，在中间部分切去的金属层最薄，形成腰鼓形误差。（图1）
对于壁厚不均匀的零件，当加工偏心外圆时，由于切削力的影响，就会在薄壁处出现内外表面塌陷（图2-1），或外圆表面凸起的情况（图2-2）。
1） 发生永久变形时产生误差的情况；2） 发生弹性变形时产生误差的情况
2、 夹紧力的影响
利用三爪卡盘夹持零件进行镗孔时，零件的内孔，是当零件发生了弹性变形的情况下成形的（图3），当取下零件后，由于弹性的恢复，加工好的内孔，就会向原夹紧力的相反方向伸长，造成圆度误差。
3、 弹性变形与切削振动的影响
综上分析，尽管各类零件的形状结构不同，加工方法各异。但对影响加工误差的原因，却有一个共同点。这就是：外力引起的弹性变形，产生加工误差。其误差的大小，与零件发生弹性变形的程度有关。
切削过程中的弹性变形，是产生切削振动的重要根源。
切削振动，反回来又加剧薄壁零件的弹性变形。这种由变形引起振动，振动加剧变形的往返过程，是薄壁零件切削加工中的一个显著特点，也是造成加工误差的重要原因。
三、 改善薄壁零件切削加工的基本途径
根据薄壁零件刚度低的特点，在制定加工方案时，常常把增加零件的有效刚度，选择合理的夹紧方式，优选刀具几何参数以及改变工艺方法等手段，当作重要的措施原则。
1、增加零件的有效刚度，提高零件在加工中抵抗变形的能力。
当刀具切入刚度低的零件时，由于工件发生弹性变形，即使一把锋利的刀具，也会遇到来自工件方面的“以柔克刚”的反切削阻力。使工件与刀具的相对位移加大，切削振动加剧。在此情况下，必须提高零件的有效刚度，才能保证切削的顺利进行。例如，1）对长径比大的轴类零件，利用中心架和跟刀架，使有效长径比变小，使有效刚度增大。改变由两端顶起为一端用车头夹持，一端用顶针支撑的方式，以及对精度高的长轴，两端顶针孔必须经过研磨，获得正确的锥孔及高的光洁度等方法，都是减少接触变形，增大支承刚度的有效措施。2）对于薄壁筒零件欲增加其有效刚度，可以增加有效厚度着手，在零件受加持的部位，衬一足够厚度的整圆衬圈，连同衬圈一起加紧零件，使薄壁受到支撑，避免夹紧处的应力集中，减少夹紧变形。
2、选择合理的夹紧方式，消除或减少零件的夹紧变形。
1）在细长轴零件的加工中，由于零件的热扩散性能差，切削热会导致零件产生很大的线膨胀，加剧零件的弯曲变形和振动。若采用弹性夹头和塑性液压顶针并使用跟刀架，工件与卡爪间为线接触，起万向调节作用，可以减少零件的弯曲变形。同时采用反向走刀的切削方式，可提高加工质量。
由于零件很长，刀具由一段走到另一端，会因磨损过大而很快降低切削能力并带来加工误差。因此，在跟刀架的作用下，工件的刚度低，已不再成为矛盾的主要方面，而如何提高刀具的耐用度，则是能否完成这一切削过程的关键。于是，采用大走刀、小吃刀和低速切削的方法，常能收到满意效果。
2）选择轴向夹紧，改善工件的受力条件
当工件的内孔或外圆存在有圆度误差时，不论夹持外圆或内孔，夹紧变形都是难以避免的。可实施轴向夹紧。对于薄壁筒类零件，实行轴向夹紧的优点在于，当圆筒形零件承受外力时，从力学的观点分析，在互相垂直的轴向和径向，零件承受的应力（δ）是不相等的。当轴向夹紧时零件许可承受的外力，比径向夹紧时许可承受的外力大得多。因此，实施轴向夹紧，可以保证夹紧力的作用方向始终通过零件本身刚性最强的截面。
3、 改进工艺方法
对于一些薄壁环状零件，像光学玻璃压圈、隔圈、垫环等。都具有壁厚小，两端面平行度高的特点，为避免第二次装卡时产生夹紧变形，多采用一次装卡的方法完成最终工序的加工。
4、 优选刀具几何参数，提高切割能力
刀具几何参数的合理选择，是反映切削过程中多因素综合效果的重要标志。各个几何参数，包括切削角度、刀口形状、刀刃形状。在切削过程中都不是孤立的在起作用，而是互相影响、互相制约。选择时除应遵循一般的切削规律，还应针对薄壁零件的工艺特征，侧重于保持刀刃的锋利和切削过程的稳定。例如，从降低切削力，减少切削变形，加强刀具的切割能力来看，应选择大的前角和后角及小的刀尖角。为消除由于前后角的增大对刀刃强度的影响，可采用带倒棱的刃口形式达到锐中求固的目的。
但从减少切削振动来看，往往采用较小的后角，以增大刀具后面与工件的接触面积。限制振动的振幅，达到消振的目的。尤其当对薄壁筒零件进行车削加工时，在刀具的主、付刀面上，用油石劈出后角等于零到负五度的消振棱。有助于消除由于零件刚度小而产生的低频振动。
为减小由于刀具的推挤作用产生的加工误差。应采用大的主偏角（φ=75°～90°），使切削力的分布有利于防止零件受力变形，减小切削振动。为不使刀口强度过多的削弱，可在刀尖处做出局部的小主偏角φ，形成圆弧或直线的过渡刃。
刃倾角的作用主要是控制住刀刃强度和排屑方向。针对薄壁零件刚度小，切削力不大的情况，一般刃倾角取负值（刀尖高），既可以保护已加工表面不被流屑擦伤，又可降低切削分力Py引起的振动。
参考文献
[1] 仪器制造工艺学 ——————————————北京工学院
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关键词：ProModel；生产线；优化
中图分类号：TG801 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）18-0028-02
本文以某一生产轴类零件的中小型企业为例，运用ProModel对该企业生产线进行建模与仿真，结合ECRS原理对生产线进行优化，为该企业提供生产线较平衡、成本较低的扩建方案。
1 轴类零件线生产现状
某企业轴类零件生产线属于单一品种、小批量生产。生产计划是毛坯成批到达毛坯存放处，然后单个进行粗加工、半精加工、精加工、抛光、检验工序，检验合格后放入成品仓库，否则重新进行抛光。随着订单量的增多，负责人发现即使由原来的一班制变成了两班制也不能满足需求，根据预测，该企业轴类零件年需求量为3 200个，为使生产线达到相应的生产能力且成本最低，负责人决定对该生产线进行扩建并寻求最佳的扩建方案。
2 仿真建模及优化
2.1 生产线优化改进原理
最优的扩建方式并不是单纯的增加机床，而是在生产线平衡及生产成本最低的前提上增加机床设备。生产线平衡即各个工序的生产节拍基本一致，生产中等待时间很少，这时生产效率最高，生产线处于均衡生产状态。要使成本最低，可以在生产能力满足需求的基础上，运用工业工程原理―ECRS（Eliminate，Combine，Rearrange，Simplify）四大原则，对生产线进行优化改进。
2.2 现行生产线问题分析
企业现行生产线加工流程及各工序加工时间（min）分布如图1所示。据估算，90%轴类零件检验合格，10%轴类零件不合格需要重新抛光。
现用ProModel对生产线进行建模， 建模过程如下：
①Locations 在ProModel中为模型设置加工地点、临时存放点和仓库等，可以为每一个location定义相应的加工能力（cap.）、单位数量（units）等。本系统中设置的工位有“毛坯”、“粗加工”、“半精加工”、“精加工”、“抛光”、“检验”、“临时存放区”、“成品”。“毛坯”区的加工能力设置为无限（inf），“临时存放区”为5，其余为1。
②Entities设置被加工对象，在制造系统中为零部件，服务系统中一般为顾客。本系统中只需设置一种“零件”。
③PathNetworks 设置被加工零件在各工位的被搬运的运行路线，也是资源（resource）的运行路线，每条路线节点需要连接到对应的工位才有效。本系统中每类工位间设置一条路线，共7条。
④Resources相当于现实系统的叉车，员工等作为搬运被加工零件的载体。本系统中设置7位员工，分别设置在每条路线上。
⑤Arrivals可以设置零件到达该系统的规律。本系统假定待加工零件不缺货，其到达规律为每分钟到达“毛坯”一个。
⑥Processing 这是建模过程中较为复杂部分，需要进行部分的编程语言进行设置。
建模完成后平面如图2所示。
工厂目前采用一班制工作，全年工作254 d，工人年时基数1 810 h。系统仿真时，将ProModel软件的simulation选项下的options设置系统仿真时间为1 810 h，仿真结束后对主要工位的性能数据进行统计，如表1所示。
仿真结果中生产线年产量为1 570个。粗加工工序加工率较高，达到了86.41%，而其他工序加工率多数不到30%。导致零件在粗加工处等待很久，粗加工机床超负荷工作，而其它机床空闲率很高，生产线严重不平衡，粗加工为本生产线的瓶颈工序。年产量只有预测的49.06%。可以初步断定，由于生产线不平衡和生产规模的限制，导致生产能力达不到要求。为使生产能力达到要求可以从粗加工和半精加工着手改进。
2.3 轴类生产线改进方案
由于轴类零件生产线上各工序都不可缺少，以及该企业工厂布局和技术水平的限制，对工序进行删除（Eliminate）、重组（Rearrange）、简化（Simplify）难以实现，所以改进方案主要从增加机床数量、对机床进行改造和对工序进行合并方面来考虑。
据估算购买一台粗加工机床费用为8万，一台半精加工机床需10万；改造一台粗加工机床需1.5万，改造后零件在粗加工机床加工时间所服从的分布从exp（60）min变为exp（50） min；合并抛光和检验可减少员工数量，合并后零件在抛光及检验工序的加工时间服从U（28，4） min分布；工人每小时工资为20元，即每个工人一年成本为36 200元。
根据ECRS原则和经济性因素，针对瓶颈工序拟定了如下四种种改进方案。
方案一：增加2台粗加工机床和1台半精加工机床，成本为44.10万元。
方案二：增加1台半精加工机床和1台粗加工机床并将2台粗加工机床改造，成本为39.10万元。
方案三：增加2台粗加工机床和1台半精加工机床并将抛光和检验工序合并，成本为40.48万元。
方案四：增加1台半精加工机床和1台粗加工机床并将2台粗加工机床改造，同时将抛光和检验工序合并，成本为35.48万元。
将四种方案分别用ProModel软件进行仿真，每种方案各个工序的机床性能如表2～表6所示。
用各工序加工率的标准差来初步定量判定生产线的平衡情况。如对于方案一的生产线，计算粗加工、半精加工、精加工、抛光和检验这5个工序加工率的标准差，其结果如表6所示。计算值越小，则生产线越平衡。
从表6可以看出生产线平衡情况从好到差的分别是方案一、方案四、方案二、方案三。将四种方案产量、成本和生产线平衡情况汇总如表7所示。
四种方案的年产量都符合要求，综合生产线平衡和成本这两个因素，方案四最优，即该企业可以增加1台半精加工机床和1台粗加工机床并将2台粗加工机床改造，同时将抛光和检验工序合并。
3 结 语
企业在生产线扩建时不应盲目增加机器设备，综合考虑生产线平衡和经济性原则，并且要对这两方面进行权衡，以选择相对最优的扩建方案。本文利用promodel软件对某企业轴类零件生产线系统进行建模与仿真，并且结合ECRS原则对现行生产线进行分析和改进，为该企业生产线扩建提供了理论参考。从而验证了ECRS原则和ProMdel仿真的实用性。
参考文献：
[1] 朱琼.基于仿真技术的生产线平衡优化研究与应用[J].工业工程与管理，2008，（2）.
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关键词：数控编程；仿真加工；加工工序要
Abstract: The numerical control technology is the mainstream of modern processing technology, numerical control technology application has brought the revolutionary change for the traditional manufacturing industry, causes the manufacturing industry to become a symbol of industrialization, but also expands unceasingly along with the development of numerical control technology and application field of beneficial to the people's livelihood, he some important sectors (IT, automobiles, light industry, medical and so on) a more and more important role in the development of computer aided simulation processing, programming and entities to efficient verification, shortens the product processing cycle, to ensure product quality. Based on the shaft parts as an example, the processing procedure of using CAM technology to complete parts rough machining, finishing, truncation, accordingly, the final output processing code and verify, improve processing efficiency.
Key words: NC programming; machining simulation; machining process
中图分类号：TG659文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
随着数控加工在机械制造业中的广泛应用，对数控相关技术人员的需求日益增加，数控操作者的大量培训便成为迫切的问题。在传统的操作培训中，数控编程和操作的有效培训必须在实际机床上进行，这既占用了设备加工时间，又具有风险，培训中的误操作经常会导致昂贵设备的损坏[1]。随着计算机技术的发展，尤其是虚拟现实技术和理念的发展，产生了可以模拟实际设备加工环境及其工作状态的计算机仿真软件，采用计算机仿真加工进行数控程序正确性检验直观、快速、成本较低，有助于缩短产品生产周期、降低成本、提高质量，在减轻编程人员工作量的同时又能提高数控机床的使用率[2]。
1 传动轴二维图绘制
利用MsaterCAM软件中的直线、倒角、镜像等命令绘制曲面轴的二维图形，如图1所示。
图1 曲面轴二维图
2 设定原材料属性及装夹
在MasterCAM中选择数控车床，单击材料设置按钮，设置加工群组属性。首先设定原材料外径尺寸，再在工件设置对话框中设置卡盘参数，最后设置原材料装夹的相关参数。本文研究的传动轴零件采用通用三角卡盘装夹，能够满足要求。
3 粗车
打开 [Machine Type]/[Lathe]命令，串选车削外形。选择外圆车刀【T0101 R0.8 OD ROUGH RIGHT】为车削刀具，设置粗车车削参数如车削进给速度、主轴转速，喷油冷却功能、起刀点和停刀点的坐标、削背吃刀、 x（z）方向预留量等，如图2所示。产生刀具路径如图3。
粗车阶段主要是切除大部分加工余量,使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，数控编程时，需要在x，z方向预留0.3mm的加工余量。刀具选用时一般优先采用标准刀具，刀具的类型、规格和精度等级应符合加工要求,刀具材料应与零件材料相适应。确定走刀路线应考虑确保加工质量,尽可能地缩短走刀路线、少换刀并少走空刀。利用数控仿真可以达到很好的效果。
图2 粗车工艺参数 图3 粗车加工路径
4 精车
选择精车车削命令，单击串连选择按钮，确定精车外形。选择外圆车刀【T0202 R0.397 OD FINISH RIGHT】，设置车削进给速度为“0.3min/rev”，主轴转速为“1000r/min”，启动喷油冷却功能，设置起刀点坐标“X25.0，Z20.0”。 选择精车车削参数选项卡【Finish parameters】精车车削背吃刀量为“0.15”，精车车削次数为“2”，设置x，z方向预留量均为“0.0”，在导引入/引出对话框中设置导引入参数，产生精车刀具路径。
精车的目的是使各主要表面达到图纸规定的质量要求，其关键是工艺参数的设置。其中，背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为保证本传动轴零件的精加工精度，设计进行两次车削。
5 车槽
选择车槽命令，定义凹槽对话框，选择凹槽右上角点作为起点定义凹槽位置。选择外圆车槽刀【T1818 R0.1 W3 OD GROOVE CENTER】，设置刀号、刀座号、刀补号均为“3”，并设置车削速度、主轴转速、起刀点坐标和刀具停留点坐标。设置凹槽深度为“3.0”，宽度为“4.0”。选择车槽加工参数选项卡，设置凹槽车削次数为“1”，预留量为“0.0”。重复以上步骤，设置凹槽深度和宽度，完成轴上的切槽加工。车槽加工参数设计如图4所示。
图4 车槽加工工艺参数
6 车削端面
打开[Machine Type]/[Lathe face toolpath]命令，选择外圆车端面刀【T0101 R0.8 ROUGH FACE RIGHT】，设置车削进给速度、主轴转速、起刀点坐标和停刀点坐标，设计车端面加工参数，输入车削长度及其他车削参数，如图5所示，产生端面车削加工路径。
图5 端面车削加工工艺参数 图6 仿真加工的三维图
7 自动生成NC代码及传输程序
利用Mastercam系统的后处理功能，将设计的粗车、精车、切槽、端面车削等车削加工工艺进行实体仿真，结果如图6所示。检查加工过程没有干涉和撞刀等缺陷，说明程序可用。利用软件后处理系统生成NC代码如图7所示。利用网络、U盘等传输到数控加工设备的控制器内，控制机床完成零件的加工。
图7NC代码
8 总结
对于轴类零件，可以利用CAM软件编制加工程序并进行验证。文中介绍了利用Mastercam 软件对曲面轴进行数控仿真加工，同时生成了数控加工代码，也可为其他零件的数控仿真加工提供参考。
参考文献
轴类零件范文6
1.数控车床车削轴类零件时产生锥度的原因
1.1床身不水平，使床身导轨与主轴的轴线不平行。
机床四角及床身中部地脚螺栓、调整垫铁松动，导致导轨面水平直线度及垂直面内的倾斜度严重超标。使得主轴轴线与导轨不平行，出现大小头现象。
1.2床身导轨磨损。
由于导轨磨损不均匀，使车刀走刀轨迹与工件轴线不平行。
1.3主轴与轴承间隙太大，影响工件加工精度。
1.4车削前，未找正后顶尖与主轴轴线同轴，出现偏移量。
尾座中心与机床主轴中心不一致，在这种情况下，如果说采用一夹一顶或两顶尖支撑工件进行加工的话，就会产生偏移量，从而形成锥度。
1.5尾座套筒与尾座内孔之间的间隙大。
尾座套筒长期使用，磨损严重。造成尾座套筒与尾座内孔之间的间隙越来越大，在进行一夹一顶或两顶尖支撑工件进行加工时，会发生偏摆，不但会形成锥度，连外圆表面的圆柱度也无法保证。
1.6采用活动顶尖支撑时，活动顶尖本身的径向间隙大。
活动顶尖本身存在轴承径向间隙，对于一般精度的工件来说，可以满足精度要求。若工件精度要求较高，那么由于活动顶尖的跳动不但使加工的外圆圆度超差，而且会形成锥度。
1.7车刀刚性不足，加工过程中发生让刀。
若加工过程中发生让刀，会导致尾座方向直径尺寸小于卡盘方向直径尺寸。
1.8车刀几何角度不科学。
在机床完好的情况下，受刀具几何角度的影响，产生的径向切削力Fy大，加工后切削变形大，工件也会形成锥度。
2.消除意外锥度的方法
2.1从机床方面考虑。
2.1.1、检验测量机床精度，校正主轴轴线跟床身导轨的平行度。
若发现机床四角及床身中部地脚螺栓、调整垫铁有松动，那么导轨面水平直线度及垂直面内的倾斜度将严重超标，甚至呈扭曲状，不但会让车削的外圆产生锥度，还会影响其他精度。出现这种情况，必须调整机床四角及床身中部地脚螺栓及垫铁，重新校正床身导轨面水平直线度及垂直面内的倾斜度符合要求，并紧固地脚螺钉。
2.1.2车削前，找正后顶尖，使之与主轴轴线同轴。
当发现工件有锥度存在后，先测量锥度数值，然后根据锥度数值的大小，确定尾座的移动方向和尾座的移动距离。再进行试切削，重新测量工件两端的尺寸，检测是否消除了锥度。如果未达到图纸的尺寸要求，则必须再调整尾座，继续进行试切、测量，直到符合图纸的尺寸要求为止。
我们通常采用“紧钉顶”调整尾座偏移法：工件的两端直径在中滑板进给量一致的情况下，如发生+Z方向的直径大于-Z方向的直径尺寸。操作者站在尾座后方，松开左手紧顶丝，旋压右手方位的紧顶丝，使顶尖向车刀方向调移。可用磁力表座吸附在导轨面上或中滑板上，百分表触头压在尾座的套筒侧母线上，调整的移动量是直径差的一般即可。如发生+Z方向的直径小于-Z方向的直径，调整方法相反。
2.1.3更换新的尾座套筒。
若尾座套筒长期使用，磨损严重。再进行使用，就不仅是产生锥度了，还会出现更多的问题。只有更换新的套筒。
2.1.4如果导轨磨损严重或出现一些我们无法解决的问题时，只能报修机床，在此不进行详细讨论。
2.2从顶尖考虑。
在需要一夹一顶或两顶尖进行支撑工件时，很多情况下我们都采用活动顶尖作为后顶尖。活动顶尖又称回转顶尖，这种顶尖将顶尖与中心孔的滑动摩擦变成顶尖内部轴承的滚动摩擦，而顶尖与中心孔间无相对运动，故能承受很高的转速，但是它的定心精度和刚性稍差。
对于精度要求较高的零件来说，一般的回转顶尖已无法满足要求，那么这时可采用重型高精度回转顶尖。
重型高精度回转顶尖适用于低速重负荷加工。采用多种轴承组合，能承受较大载荷，心轴使用合金钢，经热处理后，具备高刚性和高耐磨性。前端有防尘密封，防止切削液和灰尘进入轴承，延长了顶尖的使用寿命。
2.3从车刀考虑。
2.3.1选择刀具时，要选择刚性好、易紧固的使用。
车刀的长度尽量短、刀杆尽量大、装夹尽量牢固；在同样的条件下，进刀量愈小加工出的工件误差越小。
2.3.2合理选择车刀几何角度。
在金属切削时，切削力主要来源于被加工材料在发生弹性和塑性变形时的抗力和刀具与切屑及工件表面之间的摩擦作用。根据切削力产生的作用效果的不同，可将切削力分解成三个相互垂直方向的分力。它们分别是：主切削力Fz，轴向进给抗力Fx和径向切深抗力Fy。在这里，加工时会让工件形成锥度的是Fy，因为Fy过大，加工后切削变形大，工件就会形成锥度。
根据加工性质的不同，材料的不同，车刀应选取不同的几何角度。在车刀的几何角度中，对Fy影响最大的是主偏角Kr。主偏角Kr的改变，使得切削面积的形状和切削分力Fxy的作用方向改变，从而使切削力随之变化。主偏角Kr增大，切削厚度随之增大，切削变厚，切削层的变形减小，因此主切削力随之减小，使Fy减小，Fx增大，有利于减轻工件的变形和系统的振动。因此，加工时我们往往采用较大主偏角的车刀切削轴类零件，尤其是加工细长轴。