车轴的数控加工及其程序设计

潘鸿飞

摘要：本文通过对车轴加工过程进行分析，表明数控机床在加工中的优势非常明显，能够保证加工精度，满足车轴生产发展的需要。数控机床的工作原理是数控装置内的计算机对通过输入装置以数字和字符编码方式所记录的信息进行一系列处理后，再通过伺服系统及可编程序控制器向机床主轴及进给等执行机构发出指令，机床主体则按照这些指令，合理分工，完成各种复杂的任务。数字控制机在铁路货车车轴制造中的作用，对保证车轴的加工精度具有重要意义。

关键词：数控机床；车轴加工工艺；编程过程；

1前言

数控机床通过计算机控制工作，工艺人员分析加工过程和零件各部位的尺寸，然后进行坐标图绘制和编程。在具体生产过程中，操作者需要在数控机床操作面板中输入切削速度、进给量和切削深度，并考虑加工余量和所需循环进行加工，以保证零件加工质量。

2数控机床在轴类加工中的应用

数控机床投入使用前，加工轴由专业加工工艺人员在普通机床上进行。由于其位置不准确、精度误差大、成形车刀形状有偏差、废品率高等，容易出现质量问题。数控机床定位准确、加工精度高，通过计算机控制加工尺寸取代普通机床所需的大量工具和夹具。例如，在加工铁路货车车轴时，不同轴径之间的过渡部分由圆弧组成，在普通手动机床上难以满足圆弧尺寸的准确性，在此期间，必须使用数字控制装置。

在轴类零件处理中，数字控制技术是指数字控制语言对轴类零件的技术参数、刀具移位、机床运动的数控等信息进行采用的过程，计算机编程的内容和顺序包括：轴类零件的图纸分析、加工工艺的确定、数学处理、加工进度的计算、过程控制环境的确定、输入程序的校核、测试轴的确定。数控机床的编程分为手动和自动编程，手动编程也是自动编程的基础。零件的数据和处理技术主要采用手工编程设计。在该过程中，首先需要分析零件的尺寸和过程，然后将零件的基本信息转换成代码和程序，再根据所编的程序完成复杂的指令，并对配电系统的伺服机构进行控制，完成各种不同的加工操作，最后对所加工零件进行控制。在复杂零件的精确管理中，计算机的控制确保了加工的高精度，特别是复杂零件的加工，充分保证了加工质量。

3数控加工过程分析

3.1确定工件的加工部位和具体内容

1. 确定被加工工件需在本机床上完成的工序内容及其与前后工序的联系。

2. 工件在本工序加工之前的情况。例如铸件、锻件或棒料、形状、尺寸、加工余量等。

3. 前道工序已加工部位的形状、尺寸或本工序需要前道工序加工出的基准面、基准孔等。

4. 本工序要加工的部位和具体内容。

5. 为了便于编制工艺及程序，应绘制出本工序加工前毛坯图及本工序加工图。

3.2确定工件的装夹方式与设计夹具

根据已确定的工件加工部位、定位基准和夹紧要求，选用或设计夹具。数控车床多采用三爪自定心卡盘夹持工件;轴类工件还可采用尾座顶尖支持工件。由于数控车床主轴转速极高，为便于工件夹紧，多采用液压高速动力卡盘，因它在生产厂已通过了严格的平衡，具有高转速、高夹紧力、高精度、调爪方便、使用寿命长等优点。还可使用软爪夹持工件，软爪弧面由操作者随机配制，可获得理想的夹持精度。通过调整油缸压力，可改变卡盘夹紧力，以满足各种薄壁和易变形工件的特殊需要。为减少细长轴加工时受力变形，提高加工精度，以及在加工带孔轴类工件内孔时，可采用液压自动定心中心架，定心精度可达0.03mm。

3.3确定加工方案

1. 确定加工方案的原则

加工方案又称工艺方案，数控机床的加工方案包括制定工序、工步及走刀路线等内容。

在数控机床加工过程中，由于加工对象复杂多样，特别是轮廓曲线的形状及位置千变万化，加上材料不同、批量不同等多方面因素的影响，在对具体零件制定加工方案时，应该进行具体分析和区别对待，灵活处理。只有这样，才能使所制定的加工方案合理，从而达到质量优、效率高和成本低的目的。

制定加工方案的一般原则为:先粗后精，先近后远，先内后外，程序段最少,走刀路线最短以及特殊情况特殊处理。

2. 先粗后精

为了提高生产效率并保证零件的精加工质量,在切削加工时，应先安排粗加工工序，在较短的时间内，将精加工前大量的加工余量去掉，同时尽量满足精加工的余量均匀性要求。

当粗加工工序安排完后，应接着安排换刀后进行的半精加上和精加工。其中，安排半精加工的目的是，当粗加工后所留余量的均匀性满足不了精加工要求时，则可安排半精加工作为过渡性工序,以便使精加工余量小而均匀。

在安排可以一刀或多刀进行的精加工工序时，其零件的最终轮廓应由最后一刀连续加工而成。这时，加工刀具的进退刀位置要考虑妥当，尽量不要在连续的轮廓中安排切入和切出或换刀及停顿，以免因切削力突然变化而造成弹性变形，致使光滑连接轮廓上产生表面划伤、形状突变或滞留刀痕等疵病。

（3）先近后远

这里所说的远与近,是按加工部位相对于对刀点的距离大小.而言的。在一般情况下，特别是在粗加工时，通常安排离对刀点近的部位先加工，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间。对于车削加工，先近后远有利于保持毛坯件或半成品件的刚性，改善其切削条件。

3.4加工路线与加工余量的关系

在数控车床还未达到普及使用的条件下，一般应把毛坯件上过多的余量，特别是含有锻、铸硬皮层的余量安排在普通车床上加工。如必须用数控车床加工时，则要注意程序的灵活安排，先让一些子程序对余量过多的部位作一定的切削加工。

图1 铁路货运机车车轴

铁路货运机车车轴外形如图1所示，在加工车轴时，机床主轴转速为160r/min，由于加工余量较大，径向余量大于5mm，需先使用75°粗车刀进行切削加工，进给量为0.6mm/r，先近后远依次切削车轴的轴径、防尘板座、轮座、齿轮座和轴身部位以及各部位之间的圆弧部分。粗加工完毕后选用45°精车刀，进给量0.2mm/r，将车轴各外圆加工至该工序所需尺寸。最后更换圆弧刀，进给量0.2mm/r，将车轴各圆弧部位加工至成品尺寸。

4结束语

从以上分析可以看出，在车轴加工过程中，由于其加工精度要求高，采用数控设备保证了加工的准确性和效率。同时，通过合理的程序设计方案，可以满足各类型车轴加工需要。

参考文献

[1] 姜天根.探讨数控车工编程加工工艺设计技巧[J].山东工业技术,2019(24):23-23.

[2] 王娜.数控车工软件编程加工工艺设计技巧[J].商品与质量,2019,000(015):118.