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摘 要：轴是机械结构中的典型零件，是数控车削中最主要的加工对象。本文以多阶台长轴的加工为例，论述如何在数控车床上加工出一根合格的轴。
关键词：数控车床；编程；加工；轴；材料；热处理
一、分析轴的结构特点
（一）轴要有足够的尺寸精度和形状精度
轴颈影响轴的旋转精度与工作状态，尺寸精度要求较高（IT5～IT7），而形状精度主要是指轴颈、外锥面、锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。
（二）轴要有足够的位置精度
必须保证装配轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。
（三）轴要有合理的表面粗糙度
装配轴颈与轴承配合，表面粗糙度为Ra2.5～0.63μm，支承轴颈的表面粗糙度要求较高，值一般为Ra0.63～0.16μm。
二、分析材质及热处理特点
一般的轴用45#钢加工，中等精度的轴一般采用40Cr等合金钢加工，而一些大型的、特殊的轴采用铸造、锻造毛坯加工。为了保证轴的加工性能和最终的使用性能，一般需要在加工前退火或正火，以调整材料的硬度、细化晶粒、消除内应力；半精加工前进行调质处理，调质可以使钢的性能，材质得到很大程度的调整，其强度、塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性能；精加工之前进行表面淬火，以获得高的表面硬度。
三、数控车床加工
以数控车床加工一根一般用途的轴为例进行分析，简述如下。
（一）结构分析
轴为多阶台结构，由圆柱、倒角、圆弧组成，长度较长，无特殊表面。
（二）安装方式分析
轴长度较长，且各圆柱面有同轴度要求，所以应以两顶尖方式安装，由拔动卡盘传递扭矩，以保证各圆柱面在一次安装中全部加工完成。
（三）材料及热处理分析
45#号钢具有良好的切削加工性，且直径较小，圆钢热处理方便有效。
（四）走刀路线分析
工件坐标系原点设在轴右端面中心，便于编程时Z轴坐标的换算，并且有利于检查刀具位置。零件采用两顶尖方式安装，在换刀时刀尖回转轨迹半径较大，所以起刀点和换刀点位置受到限制。如这一位置选择不合理则会至使刀具与卡盘、工件或顶尖及尾座发生碰撞发生事故。因此两顶尖安装时，换刀点可选择在轴长度1/2位置，并使刀尖离毛坯最大直径留有足够的空间的位置，如下图。另外，刀具的安装是一个非常重要的问题，从下图中可以看出，如果多把刀具在刀架上伸出长度相同，则每把刀的回转半径全部相同，安全性会大大提高。由于轴在一次安装中，需要使用正偏刀和反偏刀加工，因此正偏刀、反偏刀的走刀路线各不相同。
（五）刀具分析
零件上的尺寸精度最高的为IT6级，表面粗糙度最高的为Ra1.6，调质硬度为HB230-240，硬度适中，因此粗加工采用80°刀尖角，刀尖圆弧R0.8的棱形涂层刀片的粗——半精加工刀片（WNMGxxxx）车刀，精加工采用55°刀尖角，刀尖圆弧R0.4的棱形涂层刀片（DNMGxxxx）的精车刀。并且由于采用两顶尖安装，还需要由床头向床尾切削轴的左侧阶台，所以车刀应准备正偏及反偏各一支。
（六）切削参数分析
粗加工特点是吃刀深、走刀快，目的是尽快的去除余量，而恰恰这一特点将会导致粗加工后的零件尺寸精度差、表面质量差并，并且会使材料产生一定的内应力，为了兼顾刀具的耐磨性和加工效率，Vc取120m/min、ap2～3mm、F取0.35mm/r，为半精加工保留余量，直径方向1.5～2mm，长度方向0.2mm，以此参数加工后，零件表面可以达到Ra6.3；半精加工的目的是为修正粗加工时零件精度与表面质量的不足，并为精加工保留小而均匀的余量，因此Vc取150m/min、ap以为精加工余量0.6～0.8mm为准，一次去除，F取0.15mm/r；精加工是形成零件最终的尺寸、表面粗糙度和形位公差值过程，因此切削参数的确定非常关键，Vc取180m/min、F取0.07mm/r。
（七）编程
FANCU系统的数控车床，支持各种简化编程的循环命令。而这是个轴类零件，没有根切结构，因此可选择外径粗切循环G71和精切循环G70。需要注意两点：一是零件拐角处加入G04暂停命令，以生成尖锐角；二是反偏刀走刀路线是由床头向床尾，G71中Z轴方向余量为负值。
（八）程序校验
程序校验的目的是对程序语法和刀尖轨迹正确性进行事前检验，这一过程中，不但要检查刀尖生成的图形是否正确，还要注意换刀点及刀具号是否正确。如在这一过程中出现报警信息，则应对程序当前停止行的前后各两行命令进行检查，找出错予以改正直至正确。
四、加工质量分析
当加工完成的轴存在质量问题时，需要分门别类，查找原因，制定对策。如粗糙度超标，需要检查精车刀是否锋利、精加工余量和进给速度值是否合适及切削速度是否太低；如尺寸超差则通过补偿功能加以修正；如柱出现锥度可从程序中加以纠正；如同轴度超差则要检查机床主轴跳动量是否超标等。
综上，要想在数控车床加工好轴类零件，所需要知识面广，涉及零件的工作环境特点、使用要求又涉及零件加工制造直接相关的毛坯材料、热处理、刀具、走刀路线等知识。在实际中，加工零件的种类不仅局限于轴类件，作为一名技术人员，不论加工哪一类零件，都要遵循以上加工规律。
参考文献：
[1]张梦欣.车工工艺学（第四版）[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2012，12.
[2]孙建东，袁锋.数控机床加工技术（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2010，6.
[3]韩鸿鸾.数控加工工艺学（第二版）[M].北京：中国劳动社会障出版社，2005，8
[4]王英杰.金屬工艺学（近机类第二版）[M].北京：高等教育出版社，2001，7.
[5]王先逵.机械制造工艺学[M].北京：北京大学出版社，1989，3.
摘 要：轴是机械结构中的典型零件，是数控车削中最主要的加工对象。本文以多阶台长轴的加工为例，论述如何在数控车床上加工出一根合格的轴。
关键词：数控车床；编程；加工；轴；材料；热处理
一、分析轴的结构特点
（一）轴要有足够的尺寸精度和形状精度
轴颈影响轴的旋转精度与工作状态，尺寸精度要求较高（IT5～IT7），而形状精度主要是指轴颈、外锥面、锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。
（二）轴要有足够的位置精度
必须保证装配轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。
（三）轴要有合理的表面粗糙度
装配轴颈与轴承配合，表面粗糙度为Ra2.5～0.63μm，支承轴颈的表面粗糙度要求较高，值一般为Ra0.63～0.16μm。
二、分析材质及热处理特点
一般的轴用45#钢加工，中等精度的轴一般采用40Cr等合金钢加工，而一些大型的、特殊的轴采用铸造、锻造毛坯加工。为了保证轴的加工性能和最终的使用性能，一般需要在加工前退火或正火，以调整材料的硬度、细化晶粒、消除内应力；半精加工前进行调质处理，调质可以使钢的性能，材质得到很大程度的调整，其强度、塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性能；精加工之前进行表面淬火，以获得高的表面硬度。
三、数控车床加工
以数控车床加工一根一般用途的轴为例进行分析，简述如下。
（一）结构分析
轴为多阶台结构，由圆柱、倒角、圆弧组成，长度较长，无特殊表面。
（二）安装方式分析
轴长度较长，且各圆柱面有同轴度要求，所以应以两顶尖方式安装，由拔动卡盘传递扭矩，以保证各圆柱面在一次安装中全部加工完成。
（三）材料及热处理分析
45#号钢具有良好的切削加工性，且直径较小，圆钢热处理方便有效。
（四）走刀路线分析
工件坐标系原点设在轴右端面中心，便于编程时Z轴坐标的换算，并且有利于检查刀具位置。零件采用两顶尖方式安装，在换刀时刀尖回转轨迹半径较大，所以起刀点和换刀点位置受到限制。如这一位置选择不合理则会至使刀具与卡盘、工件或顶尖及尾座发生碰撞发生事故。因此两顶尖安装时，换刀点可选择在轴长度1/2位置，并使刀尖离毛坯最大直径留有足够的空间的位置，如下图。另外，刀具的安装是一个非常重要的问题，从下图中可以看出，如果多把刀具在刀架上伸出长度相同，则每把刀的回转半径全部相同，安全性会大大提高。由于轴在一次安装中，需要使用正偏刀和反偏刀加工，因此正偏刀、反偏刀的走刀路线各不相同。
（五）刀具分析
零件上的尺寸精度最高的为IT6级，表面粗糙度最高的为Ra1.6，调质硬度为HB230-240，硬度适中，因此粗加工采用80°刀尖角，刀尖圆弧R0.8的棱形涂层刀片的粗——半精加工刀片（WNMGxxxx）车刀，精加工采用55°刀尖角，刀尖圆弧R0.4的棱形涂层刀片（DNMGxxxx）的精车刀。并且由于采用两顶尖安装，还需要由床头向床尾切削轴的左侧阶台，所以车刀应准备正偏及反偏各一支。
（六）切削参数分析
粗加工特点是吃刀深、走刀快，目的是尽快的去除余量，而恰恰这一特点将会导致粗加工后的零件尺寸精度差、表面质量差并，并且会使材料产生一定的内应力，为了兼顾刀具的耐磨性和加工效率，Vc取120m/min、ap2～3mm、F取0.35mm/r，为半精加工保留余量，直径方向1.5～2mm，长度方向0.2mm，以此参数加工后，零件表面可以达到Ra6.3；半精加工的目的是为修正粗加工时零件精度与表面质量的不足，并为精加工保留小而均匀的余量，因此Vc取150m/min、ap以为精加工余量0.6～0.8mm为准，一次去除，F取0.15mm/r；精加工是形成零件最终的尺寸、表面粗糙度和形位公差值过程，因此切削参数的确定非常关键，Vc取180m/min、F取0.07mm/r。
（七）编程
FANCU系统的数控车床，支持各种简化编程的循环命令。而这是个轴类零件，没有根切结构，因此可选择外径粗切循环G71和精切循环G70。需要注意两点：一是零件拐角处加入G04暂停命令，以生成尖锐角；二是反偏刀走刀路线是由床头向床尾，G71中Z轴方向余量为负值。
（八）程序校验
程序校验的目的是对程序语法和刀尖轨迹正确性进行事前检验，这一过程中，不但要检查刀尖生成的图形是否正确，还要注意换刀点及刀具号是否正确。如在这一过程中出现报警信息，则应对程序当前停止行的前后各两行命令进行检查，找出错予以改正直至正确。
四、加工质量分析
当加工完成的轴存在质量问题时，需要分门别类，查找原因，制定对策。如粗糙度超标，需要检查精车刀是否锋利、精加工余量和进给速度值是否合适及切削速度是否太低；如尺寸超差则通过补偿功能加以修正；如柱出现锥度可从程序中加以纠正；如同轴度超差则要检查机床主轴跳动量是否超标等。
综上，要想在数控车床加工好轴类零件，所需要知识面广，涉及零件的工作环境特点、使用要求又涉及零件加工制造直接相关的毛坯材料、热处理、刀具、走刀路线等知识。在实际中，加工零件的种类不仅局限于轴类件，作为一名技术人员，不论加工哪一类零件，都要遵循以上加工规律。
参考文献：
[1]张梦欣.车工工艺学（第四版）[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2012，12.
[2]孙建东，袁锋.数控机床加工技术（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2010，6.
[3]韩鸿鸾.数控加工工艺学（第二版）[M].北京：中国劳动社会障出版社，2005，8
[4]王英杰.金屬工艺学（近机类第二版）[M].北京：高等教育出版社，2001，7.
[5]王先逵.机械制造工艺学[M].北京：北京大学出版社，1989，3.