摘要：本文（wén）以某型號飛機螺旋槳軸的（de）工藝編製為基礎，對該零件在車削部分數控（kòng）加工時工（gōng）藝的安（ān）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（yì）文件合理，並以（yǐ）該零件為主樣件建立零件族基礎（chǔ）庫，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（shù）控設備的引進和推廣，給機械（xiè）製造（zào）行業帶來了巨大的（de）變（biàn）革。從傳統的普通機（jī）床（chuáng）加工轉換為先進的（de）數控加工（gōng），精度的保證不再是靠操作者手（shǒu）工控製。飛機螺（luó）旋槳軸由於其使用性的需要，對機械（xiè）加工精度和表麵（miàn）質量均提出了較高要求，是數控車（chē）床加工的典型零件之一。在如何保證此（cǐ）類零件的精度方麵，作者結合苧（zhù）曼工作（zuò）提堂了一套行之有效的數控加（jiā）工方案（àn），它為加工一係列高精度空心軸（zhóu）結構的零件提供了一個理論與實踐的參考。

     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（líng）件（jiàn）簡（jiǎn）圖如（rú）圖1所示。零件在工（gōng）作過程中（zhōng）高速旋轉、受力複雜，使（shǐ）用時對零件的（de）動平衡和可靠性要求高。零件總長為28mm，是一根階梯軸（zhóu），外圓（yuán）各處互為基準（zhǔn），圓跳（tiào）動為0.025mm；內孔相對外圓基準的跳動為0.05mm，跳動精度直接影響零件高速旋轉過程中的穩定性（xìng）和可靠（kào）性。

     零件材料為AMS6414(美國牌號)相當（dāng）於40CrNiMoA，屬調質（zhì）鋼，可以進行滲氮（dàn）處（chù）理；在高強度時還有很高的韌性；淬透性（xìng）高，鋼的焊接性差。冷（lěng）變形塑性中等，通過高溫退（tuì）火或等（děng）溫退火可以改善鋼的機械加工性能。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 數控加工工藝過程（chéng）安排

從零件圖分析，製定機（jī）械加工工藝路線時必（bì）須考慮該零件的以下特征：

(1)空心軸，壁（bì）厚約10mm，用三爪（zhǎo）卡盤直接裝夾（jiá）將產生較大的夾緊變形；

(2)外圓加（jiā）工時定位基準夾持部位短，定位穩定性（xìng）差（chà）；

(3)內孔的表麵粗（cū）糙度（dù）要求（qiú）高，內孔相對外圓基準的跳（tiào）動精度高（gāo）。

(4)孔的長徑比大，刀具振動大，易崩刀。

     如果采用普通機床加工，外圓表麵（miàn）的加（jiā）工路（lù）線（xiàn）：粗車—半精車—粗磨—精磨—精密磨削；內孔的加工路線：粗鏜一半精鏜一粗磨一（yī）精（jīng）磨—研磨。

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

     在數控（kòng）車削過程中，為能達到加工要求，保證產（chǎn）品質量，工藝人員（yuán）設計了一套適合精車外圓和半精鏜、精鏜內孔三道工序的專用軟爪夾具，這套軟爪在加（jiā）工過程中起到了重要的（de）作用。同時，為了能夠確保內孔（kǒng）尺寸精度（dù）、圓（yuán）跳動和表麵質量，對內孔加工刀具進（jìn）行優選（xuǎn）。

     3 內孔加（jiā）工刀具的選用

     根（gēn）據零件的（de）結構特點，在零件的（de）加工過程中，鏜孔刀具的選擇具有特（tè）殊性和典型性。最初工藝（yì）采用了肯納的減振鏜杆與VDI-50螺栓（shuān）壓緊式刀（dāo）柄配（pèi）合，由於（yú）鏜杆與（yǔ）刀柄之間（jiān）存在一定間隙，鏜杆與刀柄形成線接（jiē）觸，螺栓壓緊的穩定性較差，零件的孔徑比較大（dà），加工時（shí）刀具產生較大振（zhèn）動，盡管對切削參數進行了多次調整，但加工精度仍難以達到設計要求，並且刀片（piàn）壽命低（dī）。經過（guò）對振（zhèn）動現象的分析，通過對各種刀杆的試加工，發現刀（dāo）柄的夾緊（jǐn）方式是引起振動的主要原因之（zhī）一，後在（zài）半精鏜（táng）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，刀杆伸入刀柄後用螺（luó）栓夾（jiá）緊刀柄，彈性缺口收縮，刀杆與刀柄之間形成麵接觸，刀具振動基本得到控製唧；精鏜內（nèi）孔（kǒng）時采用整體式刀杆，如（rú）圖3所示，精加工精度能夠滿足設（shè）計要求，刀片壽（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，為使設計基準與定位基準重合，定位采用夾（jiá）持基準H靠基準麵A，利用頂尖定位（wèi）右端（duān）麵，如圖4所示，由於右端錐孔中心線與外圓H的中心線的同（tóng）軸度較差，由此產（chǎn）生的過（guò）定位引起零件的圓度誤差明顯（xiǎn）超差，加工精度達不到設計要求（qiú）。通過反複實驗和調（diào）整，將（jiāng）精車工序的加工工（gōng）步最終確定為：夾持基準H靠基準（zhǔn）麵A定（dìng）位（wèi），以（yǐ）(0.15—0.25)mm的吃刀深度精車靠（kào）近右（yòu）端的一段外圓(圖4中心支架定（dìng）位處)，用中心支架夾持這段外圓精加工右端內孔和60°的定位錐度(圖4頂尖定位處)。通過（guò）以上兩個工步（bù）使右端錐孔中心線與（yǔ）外圓H中心線的同（tóng）軸度達到重複定位的要（yào）求（qiú）。鬆開中心架，頂上（shàng）頂尖，精車（chē）外圓。

      4.2 鏜內孔工序的設計

      內孔加工方法對（duì）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（táng）采（cǎi）用分工步方式進行，每個工步的進刀深（shēn）度75mm。一次走刀的徑向吃刀深度約1.25mm，采（cǎi）用恒線速（sù）度107m／min，限製最（zuì）高（gāo）轉速1120r／min，進給量0.254mm／r。根據加工段的孔徑大小決定走（zǒu）刀次數，每（měi）工步完成後，鏜刀完全退出（chū），清理鐵屑，檢查刀片。根據內孔長度分若幹工步進行(見圖（tú）5、圖6)，實際加工中還應（yīng）根據（jù）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（zhōng）35工序精鏜（táng），精鏜餘量為0.5mm。精鏜（táng）之（zhī）前采（cǎi）用恒線速度107rrgmim，限製最高（gāo）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0.5mm的精鏜餘量（liàng）均勻。精鏜分三次走刀（dāo），第一刀（dāo）吃刀深度為0．25ram，第二、三刀吃刀深度為0.1251rim，采用恒線速度107m／mira，限製（zhì）最高轉速1120r／min，進給量0.1mm／r，三次（cì）均由z軸的負方向向正方（fāng）向走（zǒu）刀。此走（zǒu）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（dù）明顯前者高於後者。因為正向進刀時，團（tuán）狀切屑在（zài）刀（dāo）杆與已加工（gōng）內孔表麵之間受到擠壓（yā），容易刮傷已加工表麵，而由z軸的（de）負方向（xiàng）向正方向走刀時，切屑刮傷的為待加工表麵，所以負向走（zǒu）刀可以提高加工表（biǎo）麵的質量。

      內孔表麵粗糙度要求高時，支承（chéng）方式不同對其的影響（xiǎng）也不一樣。最初工（gōng）序使用僅在軸中部軸頸處(圖1中Φ75.646~由Φ75.621處)用軟爪夾緊，由於工件為空心軸，夾持部分壁厚為（wéi）10.023mm，剛度較低，夾緊力的著（zhe）力點過於集中，工件產生相應變形，造成加工誤差，如圖7所示。加工後工件的尺寸精度及圓度均超出設（shè）計範圍；夾持長度較短，穩定性差，工件內孔表麵粗（cū）糙度在此加緊方式下隻能達到Ra3.2，零（líng）件內孔的表麵粗糙度設計要求為Ra0.8。為了保證（zhèng）產品的加工質量，本工序（xù）使用專用的軟爪，軟爪在大端法蘭和軸中部直（zhí）徑處同時夾緊（jǐn），如圖8所示，夾持長度的增（zēng）加（jiā）提高（gāo）了夾緊的穩定性，同時使夾緊力分散，消除工件（jiàn）的（de）夾緊變形。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（jiā）工（gōng）可以穩定保證內孑L的加工精度及表麵粗糙度要求。

      5 程序編製

     5.1 程序編製背景

     產品的精車、半精鏜、精鏜工序是在德國（guó）Boehringer公司進口的VDF315 NC LATHE上完成的。機床的數控係統為FANUC-15Bm，它功能全。界（jiè）麵簡單，程序可由電腦編（biān）程、模擬後通過（guò）串口傳人數控設備。編程軟件用的是15.0版本的UG刑nigraphics)，編程時先根據生成的刀軌輸出一個CLSF刀位原文件，經後置處理器（qì）生成機床數（shù）控係統能識別的G代碼。後置處理器有（yǒu）一個問答式的（de）設置文件，可根據機床數控係統的（de）類別和機（jī）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（guǐ）跡的功能（néng）。為檢查是否有幹涉產生，還可將（jiāng）刀具模型畫出來按加工軌跡進行三維虛擬加工演示。

      5.2 數控程序的編製和零件族基礎庫

     在整個零件的加工過程中，機（jī）械加工工序都是在數控車床（chuáng）上完成的，數控程序編製能否滿足產品設計要求，是否安全、適用十分重（chóng）要（yào）。

     在公司生產（chǎn）的產（chǎn）品中（zhōng），高精度空心軸是一種典型的零件。零件及專用軟爪在加（jiā）工時（shí）都是在同一數控（kòng）設（shè）備上進行。為了能夠適合不同尺寸要求的同類（lèi）產品加工，以該零件為設計主樣件建立一個空心軸零（líng）件族基礎庫。

     零件（jiàn）在數控程序編製過程中其關鍵（jiàn）之一是試切程序的編製。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出來（lái）的尺寸與程序裏的名義尺寸總存在千分之幾毫米的誤差。因此，必須采用先（xiān）試切，然後測量出誤差，再把測量得到的誤差輸入到刀具半徑（jìng）補（bǔ）償和長度補償，以保證最終尺（chǐ）寸得到有效控製。試切時的所有條件(如餘量和切削參數（shù）等)都（dōu）要與最後精加工時保持一致，以消（xiāo）除這些因素對加工精度的影響。每一批（pī）產品（pǐn）的首（shǒu）件（jiàn）都應進行試切，後續產品加工時可（kě）以可跳讀試切程（chéng）序（xù）。對尺寸公差（chà）小（xiǎo）的關鍵尺寸，在最終精加工（gōng）之前程序中應設置退刀和暫停指令，以便工人測量尺寸，按需要調（diào）整刀具半徑補償（cháng）和長度補（bǔ）償。外圓車（chē）刀的試切可加工一段外（wài）圓直徑和一個端麵，以（yǐ）分別調整徑向和軸向的（de）刀具補值，在試切程序模塊的基礎庫中外（wài）圓直徑和（hé）z向長度尺寸是關鍵參數。建立基礎庫後，隻要將新的參（cān）數輸入到基礎庫中的模塊化工藝流程（chéng），由工（gōng）藝流程將新的參（cān）數傳遞到原有（yǒu）的數控模塊化程序中，即可產生新零件的試切程序。本零（líng）件外圓精車刀（dāo）(5#)的試切程序略(程序內各參數單位采用英製)。

     6 結束（shù）語

     通過對螺旋槳軸（zhóu）關鍵尺寸的分析，製定（dìng）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（jīng）選了刀具（jù）。該零件的數（shù）控工藝通過生（shēng）產實踐（jiàn），已經驗證其可行性，產品合（hé）格率達到99％。同時，以該產品為主樣件（jiàn）建立的零件（jiàn）族基礎庫，使加工同類零（líng）件時（shí）減少了重（chóng）複工作，縮短工作時間，提高生產效率（lǜ） 。