摘要：本文以某（mǒu）型號飛機螺旋槳軸的工藝（yì）編製為基礎（chǔ），對該零件在車削（xuē）部分（fèn）數控加（jiā）工時工藝的（de）安排、工裝的設定、刀具的選定以及數控程序的編製作了闡述。通過實踐驗證該零件工藝文件合理，並以該零件為主樣件建（jiàn）立零件族基礎（chǔ）庫，對加（jiā）工類似高精度空心（xīn）軸零件的CAPP和CAM有指導（dǎo）意義。

     近年來由於數（shù）控設備的引（yǐn）進和推廣，給機械製造行業帶（dài）來了巨大的變革。從傳統的普通機床加工（gōng）轉換為（wéi）先進的數控加工，精（jīng）度的保證不再（zài）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，對機械加工精度和表麵質量均提出了較高要求，是數控車床加工的典型（xíng）零件之一。在如何保證此（cǐ）類零件的精度方麵，作者結合苧（zhù）曼工作提堂了一套行之有效的數控加工方案，它為加工一（yī）係列高精度空心軸結構的（de）零件提供了一個理論與（yǔ）實（shí）踐的參考。

     1 零件特性

     某飛機上的螺旋（xuán）槳軸是一個高精度空心軸零件，零件簡圖如圖1所示。零件在工作過程中高速（sù）旋轉、受力複雜，使用時對零件的動平衡和可靠性（xìng）要求（qiú）高。零件（jiàn）總長為28mm，是一根階梯（tī）軸，外圓各處互（hù）為基準，圓跳（tiào）動為0.025mm；內孔相（xiàng）對外圓基準的跳動為0.05mm，跳動（dòng）精度直接影（yǐng）響（xiǎng）零件高（gāo）速旋轉過程中的穩定性（xìng）和可靠性。

     零（líng）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（gāo）的韌性；淬透性高（gāo），鋼的焊接性差。冷變形塑性中等，通過高溫退火（huǒ）或等（děng）溫（wēn）退火可以改善鋼的機（jī）械加工（gōng）性能。在本產品工藝中，材料經調質處理，處理後硬度為(40~45)HRC。

     2 數控加工工藝過程安排

從零（líng）件圖分析，製定（dìng）機械加工工（gōng）藝路（lù）線時（shí）必須（xū）考慮該零件的以下特征：

(1)空（kōng）心軸（zhóu），壁厚（hòu）約10mm，用三爪卡盤直接裝（zhuāng）夾將產生較（jiào）大（dà）的夾緊變形；

(2)外圓加工時定位基（jī）準夾持部位短（duǎn），定位穩定性差；

(3)內孔（kǒng）的表麵粗糙（cāo）度（dù）要求（qiú）高，內孔相對外圓基準的跳動精度高。

(4)孔的（de）長徑比大，刀具振動（dòng）大，易（yì）崩刀。

     如（rú）果采用普通機床加工，外圓（yuán）表麵的加工路線（xiàn）：粗車—半精車—粗磨—精磨—精密磨削；內孔的加工（gōng）路線：粗鏜一半精鏜一粗磨一精磨—研磨（mó）。

     由於數控車床的引進，與普通的車床、鏜床比較，它的加工範圍和加工精度都有很大提高。經過對零件的技（jì）術分析和一段時間的生（shēng）產試（shì）製，最終確（què）定零件的數控加工工藝，如表1所（suǒ）示。

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

     3 內孔加工刀具的選用

     根據零件的結構特點，在零件的加（jiā）工（gōng）過程中，鏜孔刀具的選擇具有特殊性和（hé）典型性。最初工藝采用了肯納的減振鏜杆與VDI-50螺栓壓緊（jǐn）式刀柄配合，由於鏜杆與刀柄之間存在一定間隙，鏜杆與刀柄形成（chéng）線接觸，螺栓壓（yā）緊的穩定（dìng）性較差（chà），零件的孔徑比較大，加工時刀具產生較大振動（dòng），盡管對切削參數（shù）進行了多次調整，但加工精度仍難以（yǐ）達到設計要求，並且刀片壽（shòu）命低。經過對振動現象的分析，通過對各種刀杆（gǎn）的試加工，發（fā）現刀柄的夾緊方式是引起振動的主要原因之一，後在半精鏜內孔時采用了VDI-50彈（dàn）性夾緊式刀柄(Split sleeve)俗稱全包刀柄如圖2所（suǒ）示。

     刀（dāo）柄上有一彈性缺口，刀杆伸（shēn）入刀柄後用螺栓夾（jiá）緊刀柄，彈性缺口收縮，刀杆與刀柄之間形成麵接觸，刀（dāo）具振動基本得到控（kòng）製唧；精鏜內孔時采用整體式（shì）刀杆，如圖（tú）3所示，精加工精度能夠滿足設計要求，刀（dāo）片壽命正常。螺栓壓緊式與彈性夾緊式刀（dāo）柄加工產品效果，如表2所示。

      4 工序設計

      4.1 精車外圓（yuán）工序的設計

      表1中（zhōng）25工序為精（jīng）車外圓，為使設計基準與定位基準（zhǔn）重（chóng）合，定位采用夾持基（jī）準H靠基準麵A，利用頂尖定位右端麵，如圖4所示，由於右端錐孔中心線（xiàn）與外圓H的中心線的同軸（zhóu）度較差，由此產生的過定位引起零件的圓度（dù）誤差明顯超差，加工精度達不到設計要求（qiú）。通過反複實驗和調整，將精車工（gōng）序（xù）的加工工步（bù）最終確定為：夾（jiá）持基準H靠基準麵A定位，以(0.15—0.25)mm的吃刀深度精車靠近右（yòu）端的一段外圓(圖4中心支架定位處)，用中心支架夾持這段（duàn）外圓精加工右（yòu）端內孔和60°的定位錐度(圖4頂尖定位處)。通過（guò）以上（shàng）兩（liǎng）個工步使右端錐孔中心線與（yǔ）外圓（yuán）H中心線的同軸度（dù）達（dá）到重複定位的要求。鬆開中心架，頂上頂尖，精車（chē）外圓（yuán）。

      4.2 鏜內孔工序的設計

      內孔加工（gōng）方法（fǎ）對保證內孔相對外圓的跳動有很大關係。表1中30工序半精鏜采用（yòng）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（zhì）最高轉速1120r／min，進給量0.254mm／r。根據加工段的孔徑（jìng）大小決定走（zǒu）刀次數，每工步完成後，鏜刀完全退出，清理鐵屑，檢查刀片。根據內孔長度分若幹工步進行(見圖5、圖6)，實際加工中還（hái）應根據孔的大小（xiǎo）深度，機床（chuáng）冷卻情況等因素進行實時微量調整。

      表1中35工序精鏜，精鏜餘量為0.5mm。精鏜之前采用恒線速度107rrgmim，限製最高轉（zhuǎn）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0.5mm的精鏜（táng）餘（yú）量均勻。精鏜分三次走刀，第一刀吃刀深度為0．25ram，第二、三刀吃刀深度為（wéi）0.1251rim，采用恒線速度107m／mira，限製最高（gāo）轉速1120r／min，進（jìn）給量0.1mm／r，三次均由z軸（zhóu）的負方向向正方向（xiàng）走刀。此走刀方（fāng）式與由z軸正方向（xiàng）向負方向進刀相比較，加工後的內（nèi）孔表麵粗糙度明顯前者高於後者。因為正向進刀時，團狀切屑在刀杆與已加工內孔表麵之間受到擠壓，容易刮傷已加（jiā）工表麵，而由z軸的負方向向正方向走刀（dāo）時，切屑（xiè）刮傷的為待加工表麵，所以負向走刀可以提高加工表麵的質量。

      內孔表麵粗糙度要求高（gāo）時，支承方式不同對（duì）其的影（yǐng）響也不一樣。最初工序使用僅在（zài）軸中部（bù）軸頸處(圖1中Φ75.646~由Φ75.621處)用軟爪夾緊，由於工（gōng）件為空心軸，夾持部分（fèn）壁厚為10.023mm，剛度較低，夾（jiá）緊力的著力點過於集中（zhōng），工件產生相應變形，造成（chéng）加工誤差，如圖7所示。加工後工件的尺寸精度及圓度均超出設計範圍（wéi）；夾持長度較短，穩定性（xìng）差，工（gōng）件內（nèi）孔（kǒng）表麵（miàn）粗糙度在此加緊方式下隻能達到Ra3.2，零件內孔的表麵粗糙度設計要求為Ra0.8。為了保證產品的加工質量，本工序（xù）使用專用的軟爪（zhǎo），軟（ruǎn）爪在大端法蘭和軸中部直徑處同時夾緊，如圖8所（suǒ）示，夾持長度的增加提高了夾緊的穩定性，同時使夾緊力分散，消除工件的（de）夾緊變（biàn）形。在采用相同的刀具和切削參數的情況下，采用專用的軟爪夾緊加工可（kě）以穩定保證內孑L的加工精度及表麵粗糙度（dù）要求。

      5 程序編製

     5.1 程序編製背景

     產品的精車、半（bàn）精鏜、精鏜（táng）工序是在德國Boehringer公司進口的VDF315 NC LATHE上（shàng）完成的。機床的數控係統為FANUC-15Bm，它功能全。界麵簡單，程序可（kě）由電腦編程、模擬後通過串口傳人數控設備。編程軟件用的是15.0版本的UG刑nigraphics)，編程時先根（gēn）據生成的刀軌輸出一個CLSF刀位原文件，經後置處（chù）理器生成機（jī）床數控係（xì）統（tǒng）能識別的G代碼（mǎ）。後置處理器有一個問答式的設置文件，可根據機床數控（kòng）係統的類別和機床的結構、功能進行設置。對生成的刀軌，UG具有在屏幕上演示加工軌跡的功能。為檢查是否（fǒu）有幹涉產生，還（hái）可將（jiāng）刀具模型畫出來按加工軌跡進行三維虛擬加（jiā）工演（yǎn）示。

      5.2 數控程序的編製和零件族基礎庫

     在整個零（líng）件的加工（gōng）過程中，機械（xiè）加工工序都是（shì）在數控（kòng）車床上完成的（de），數控程序編製能否滿足產品設（shè）計要求，是否安全、適用十分重要。

     在公司生產（chǎn）的（de）產（chǎn）品（pǐn）中，高精度空心軸是（shì）一種典型的零件。零件及專用軟爪在加工時都是在同一數控設備上進行。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（jiàn）建立一個（gè）空心軸零件族基（jī）礎（chǔ）庫。

     零件在數控程序編製過（guò）程中其關鍵之一是試切程（chéng）序的編製。因為刀具受機床對刀係統精度的影響，對刀後不作調整加工（gōng）出來的尺寸與程序裏的名義尺寸（cùn）總存在千分之幾毫（háo）米的（de）誤差。因此，必（bì）須采用先試切，然後測量出誤差，再（zài）把測量得到的誤差輸入到刀具半徑補償和長度（dù）補償，以（yǐ）保證最終尺寸得到有效（xiào）控製。試切時的所有條件(如餘量和（hé）切削參數等)都要與最後精加工時保持一致，以消除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，後續產品加工時可以可跳讀試切程序。對尺寸公差小（xiǎo）的關鍵尺寸，在最終精加工之前程序中應設置（zhì）退刀和暫停指令，以便工人測量尺寸，按需要調整刀具半徑（jìng）補償和長度補償。外圓車（chē）刀的試切可加工一段外圓直徑和一個端麵，以分別調整徑向和軸向的刀具補值，在試切程序模（mó）塊（kuài）的基礎庫中外圓直徑和z向（xiàng）長度尺寸是關鍵參數（shù）。建立基礎庫後，隻要將新的參數輸入到基礎庫中的模塊化工藝（yì）流程，由工藝流程將新的參數傳遞到（dào）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（jiàn）外圓精車刀(5#)的試切程序略(程序內各參數單位采用英製)。

     6 結（jié）束語

     通（tōng）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（jì）了適用的夾具、精選了刀具。該零（líng）件的數控工藝通過生（shēng）產實踐，已經驗證其可（kě）行性，產品合格率達到99％。同時，以（yǐ）該產品為（wéi）主樣件建立的零（líng）件族基礎庫，使加工同類零件時減少了重（chóng）複工作，縮（suō）短工（gōng）作時間，提高生產效率 。