摘（zhāi）要：本文以（yǐ）某型號飛機螺旋槳軸的工藝編製為（wéi）基（jī）礎，對該零件在車削部分數控加工時工藝的（de）安排、工（gōng）裝的設定、刀具的選定以及數控（kòng）程序的編製作（zuò）了闡述。通過實踐驗證該零件工藝文（wén）件合理（lǐ），並（bìng）以該零件為主（zhǔ）樣件建立零件族基礎庫（kù），對加工類似高精度空心軸零件的CAPP和CAM有指導意義。

     近年來由於數控設備的引進和推廣，給機械製造行（háng）業帶來了（le）巨大的變革。從傳統的普通機床加工（gōng）轉換為先進的數（shù）控加工，精度的保證不再是（shì）靠操作者手工控製。飛機螺旋槳軸由於其使用性的需要，對機械加工精度（dù）和表麵質量均提出了較高要（yào）求，是數控車床加工的（de）典型零件之一（yī）。在如何保證此類零（líng）件的精度方麵，作者（zhě）結合苧曼工作提堂了一套（tào）行（háng）之有效的數（shù）控加工方案，它為加工一係列高精度（dù）空心軸結（jié）構（gòu）的零件提供了一個理論與實踐的（de）參考。

     1 零件特性

     某飛機上的螺旋槳軸是一個高精度空心軸零件，零件簡圖（tú）如圖1所示。零件在工作過程中高速旋轉、受力複雜，使用時對零件的動平衡和可靠性要求（qiú）高。零件總長為28mm，是一根階梯軸，外圓（yuán）各處互為基準，圓跳動為0.025mm；內孔（kǒng）相對外圓基準（zhǔn）的跳動為0.05mm，跳動精度直接影響零件高速旋轉過程中的穩定性和可靠性（xìng）。

     零件材料為AMS6414(美國牌號)相當於40CrNiMoA，屬調質鋼，可以進行滲氮處理；在高強度時還有很高的韌性；淬透性高，鋼的焊接性差。冷變（biàn）形塑性中等，通過高溫退（tuì）火或等溫退火可以改善鋼的（de）機械加工性（xìng）能。在本（běn）產品工藝中，材料經調質處理，處理後硬度為(40~45)HRC。

     2 數控加（jiā）工工藝過程安排

從零件圖分析，製定機械加工工藝路線時必須考慮該零（líng）件的（de）以下特征：

(1)空（kōng）心軸，壁厚約10mm，用三爪卡盤直接裝（zhuāng）夾將產生較大的夾緊變形；

(2)外圓加工時定位基準夾持（chí）部位短（duǎn），定位穩定性差；

(3)內孔的表麵粗糙度要求高（gāo），內孔相對外圓基準的跳動精度高。

(4)孔的（de）長徑（jìng）比大，刀具振動大，易（yì）崩刀。

     如果采用普（pǔ）通（tōng）機（jī）床加工，外圓表麵的加工路線：粗車—半精車—粗磨—精磨—精密磨（mó）削；內孔的加（jiā）工（gōng）路線：粗鏜一半精鏜一粗（cū）磨一精（jīng）磨—研磨。

     由於數控車床的引進，與（yǔ）普通的車床、鏜床比較，它的加工範圍和（hé）加工精度都有很大提高。經過對零件的技術分析和一段時間的生產試製，最終確定零件的數控（kòng）加工工藝，如表（biǎo）1所示。

     在數控車削過程中，為能達到（dào）加工要求，保證產品質量，工藝人員設計了一套適合精車外圓（yuán）和半精鏜、精鏜內孔三道工序的專用軟爪夾具（jù），這套軟（ruǎn）爪在加工過程中起到了重要的作用。同時，為了能夠確保內孔尺寸精度、圓跳動和表（biǎo）麵質量，對內孔加工刀具進行優選。

     3 內孔加工刀具的選（xuǎn）用

     根據零件的結構特點，在零件的（de）加工過（guò）程中，鏜孔刀具的選擇具有特殊性和典（diǎn）型性（xìng）。最初工藝采用了肯納的減振鏜杆與VDI-50螺栓壓緊式刀柄配合，由於鏜杆與刀（dāo）柄之間存在一定間隙（xì），鏜杆與刀柄形成線接觸，螺栓壓緊的穩定性（xìng）較差，零件的孔徑比較大，加工時刀具產生較大振動，盡管對切削參數進（jìn）行了多次調整，但加工精度仍難以達到設計要求，並且刀片壽命（mìng）低。經過對振動現象（xiàng）的分析，通過對各種刀杆的試加工，發現刀柄的夾緊方式（shì）是（shì）引起振動的主要（yào）原因之一，後在半精鏜內孔時采用了VDI-50彈性夾緊式刀柄(Split sleeve)俗稱全包刀柄如圖2所示。

     刀柄上有一彈性缺口，刀（dāo）杆伸入刀柄後用螺栓夾緊刀（dāo）柄，彈性缺口收縮，刀杆（gǎn）與刀柄（bǐng）之間形成麵接觸，刀具振動基本得（dé）到控製唧；精鏜內孔時（shí）采用整體式刀杆，如圖3所示，精加工精度能夠滿足設計要求，刀（dāo）片（piàn）壽（shòu）命正常。螺栓壓緊式與彈性夾緊式刀柄加工產品效果，如表2所示。

      4 工序設計

      4.1 精車外圓工序的設計

      表1中25工序為精車外圓，為使設計基準（zhǔn）與定位基準重合，定位采用夾持基準H靠（kào）基準麵A，利用頂（dǐng）尖定位右端麵，如圖4所示，由於右端錐孔中心線與外圓H的中心（xīn）線的同軸度較差，由此產生的（de）過定位引起零件的圓度誤差明顯超差，加工（gōng）精度達不到設計要求。通過反複實驗和調整，將精（jīng）車工序的加工工（gōng）步最終確定為：夾持基準H靠基準麵（miàn）A定位，以(0.15—0.25)mm的吃刀深度精車（chē）靠近右端的一段外圓(圖4中心支架定位處)，用中（zhōng）心支架夾持這段外圓精加工（gōng）右端內孔和60°的定位錐度(圖4頂尖定位（wèi）處)。通過以上兩個工步使（shǐ）右端錐孔中心（xīn）線與外圓H中心線的同軸度達到重複定位（wèi）的要求（qiú）。鬆開中（zhōng）心架，頂上頂尖，精車外圓。

      4.2 鏜內孔工序的（de）設計

      內孔加工方法對（duì）保證內孔相對外（wài）圓的跳動有很大關係。表1中30工序半精鏜采用分工步方式進行，每個工步的進刀深度75mm。一次走刀的徑向吃刀深度約1.25mm，采用恒線速度107m／min，限製最高轉速1120r／min，進給量0.254mm／r。根據加工段的（de）孔（kǒng）徑大小決（jué）定走刀次數，每工步完成後，鏜刀完全退出（chū），清理鐵屑，檢查刀片。根據內孔長度（dù）分若幹工步進行（háng）(見（jiàn）圖5、圖6)，實際加工中還應根據孔的大小深度，機床冷卻情況等因素進行實時微量調整。

      表1中35工（gōng）序精鏜，精鏜餘量為0.5mm。精鏜之（zhī）前采用恒線速度107rrgmim，限製最高轉速1120r／min，進給量0.125nm/r，吃刀深度0.127mm用精鏜刀光整內孔，以確保（bǎo）0.5mm的精鏜餘量均（jun1）勻。精鏜分三次走刀，第一刀（dāo）吃（chī）刀深度為0．25ram，第二、三刀吃刀深度為0.1251rim，采用恒線速（sù）度（dù）107m／mira，限製最高轉速1120r／min，進給量0.1mm／r，三（sān）次均由z軸的負方向向正方向走刀。此走刀方式與由z軸正方向向負方向進刀相比較，加工後的內孔表麵粗糙度明（míng）顯前（qián）者高（gāo）於後者。因為正向進刀時，團狀切屑在刀杆（gǎn）與已加工內孔表麵之間受（shòu）到擠壓，容易刮傷已加工表麵，而由z軸的負方向向正方向走刀時（shí），切（qiē）屑刮傷的為待（dài）加工表麵，所以負向走刀（dāo）可以提高（gāo）加工表麵的質量。

      內孔表麵粗糙度要求高時，支承方式（shì）不同對（duì）其的影響也（yě）不一樣。最初工序使用僅在軸中部軸頸處(圖1中（zhōng）Φ75.646~由Φ75.621處)用軟爪夾緊，由於工（gōng）件為（wéi）空心軸，夾持部分壁（bì）厚為10.023mm，剛度較低，夾（jiá）緊力的著力點過於集中，工件產（chǎn）生相應變形，造成加工誤差（chà），如圖7所（suǒ）示。加工後工（gōng）件的（de）尺寸（cùn）精（jīng）度及圓度均（jun1）超出設計範圍；夾持長度較短，穩定性差，工件內孔表麵（miàn）粗糙度在此加緊方式下隻（zhī）能達到Ra3.2，零件內孔的（de）表麵粗糙度設計要（yào）求為Ra0.8。為了保（bǎo）證產品的加（jiā）工質量，本工序使用專用的軟爪，軟爪在大端法蘭和軸中部直徑處（chù）同時夾（jiá）緊，如圖8所示，夾持長度的（de）增加提高了夾緊的穩定性，同時使夾緊（jǐn）力分散，消除工（gōng）件的夾緊（jǐn）變形。在采用相同的刀具和切削參數的（de）情況下，采用專用的軟爪夾（jiá）緊加工可以穩定保證（zhèng）內孑L的加工精度及表麵粗（cū）糙度要求。

      5 程序編（biān）製

     5.1 程序編製背景

     產（chǎn）品（pǐn）的精車（chē）、半精鏜、精鏜（táng）工（gōng）序是在德國Boehringer公司（sī）進口的VDF315 NC LATHE上完成的。機床（chuáng）的數控係統為FANUC-15Bm，它功能全。界麵簡單，程序可由電腦（nǎo）編程（chéng）、模擬後通過串口傳人數控設備。編程軟件用的是15.0版（bǎn）本的UG刑nigraphics)，編程時先根據生成的刀軌輸出一（yī）個CLSF刀位原文件，經（jīng）後置處理器生成機床數控係統能識別的G代碼。後置處理（lǐ）器有一個問答式（shì）的設置文（wén）件，可根據機（jī）床數控係統的類別和機床的結構、功能進行設置。對生成的刀軌（guǐ），UG具有在屏幕上演示加工軌跡的功能。為檢（jiǎn）查（chá）是否有幹涉產生，還可將刀具模型畫（huà）出來按加工軌跡進行三維虛（xū）擬加工演示。

      5.2 數控程（chéng）序的編製（zhì）和零件族基礎庫

     在（zài）整個零件的加工過程中，機械加工工序都是在數控車床上完成的，數控程序編製能（néng）否滿足產品設計要求，是否安全、適用十分重要。

     在公司生產的產品中，高精度空心軸（zhóu）是一種典型的零件。零件（jiàn）及專用軟爪在加工時都是在同一（yī）數控設備上（shàng）進（jìn）行。為了能夠適合不同尺寸要求的同類產品加工，以該零件為設計主樣件建立一個空心軸零件族基礎庫。

     零件在數控程序編（biān）製過程中其關鍵（jiàn）之一是試切程序的編（biān）製。因（yīn）為刀具受機床對（duì）刀係統精度（dù）的影響，對（duì）刀後不作調整加工出來的尺寸與程序裏的名義尺寸總存（cún）在千分之幾（jǐ）毫米的誤差。因此，必須采用先試切，然後測量出誤差，再把（bǎ）測量得到的誤差輸入到刀具（jù）半徑補（bǔ）償和長度補償，以保（bǎo）證最終尺寸得到有效控製。試（shì）切時（shí）的所有條件(如餘量和（hé）切削參數等)都要與（yǔ）最後精加工時保持一致，以消除（chú）這些因素對加工精度的影響。每一批產品的首件都應進行試切，後（hòu）續產品加工時可（kě）以可跳（tiào）讀（dú）試切程序。對尺寸公差（chà）小的（de）關鍵尺寸，在最終精加工之前程序中應設（shè）置退刀（dāo）和暫停（tíng）指令，以（yǐ）便工人測量尺寸，按需要調整刀具半徑補（bǔ）償和長度補償。外圓車刀的試切可加（jiā）工（gōng）一段外圓直（zhí）徑和一個（gè）端麵，以分別調整徑向和（hé）軸向的刀具補值，在試切（qiē）程序模塊的基礎庫中（zhōng）外（wài）圓直徑和z向長度尺寸是關鍵參數（shù）。建（jiàn）立基礎庫後，隻要將新的參數輸（shū）入到基礎庫中的模塊化工藝流程（chéng），由（yóu）工藝流程（chéng）將新的參數傳遞到原有的數控模塊化程序中，即可產生新零件的試切程序。本零件外圓精車刀(5#)的試切程序略(程序內各參數單位采用（yòng）英製)。

     6 結束語

     通過對螺旋槳軸關鍵尺寸的分析，製定了一套合理的數控加工工藝，為關鍵工序設計了適用的夾具、精選了刀具。該零件的數控工藝通過生產實踐，已經驗證（zhèng）其可行性，產品合格率達到99％。同時，以該產品為主樣件建立的零件族基礎庫，使加工同類零件時減少了重複工作，縮短工作時間，提高生產效率 。