学文网摘 要：数控车床因其加工精度高、加工质量稳定可靠、生产效率高以及可有效改善劳动条件等特点，因此在当前被广泛用于大批量和复杂零部件的加工生产当中。本文结合CNC-6135数控车床加工偏心零件的实例，就其在加工偏心零件时的生产特性，以及加工中夹具、刀具上的技术改进等方面进行了探讨与研究。
关键词：数控车床；加工；偏心零件；方法
1.偏心件概念及总体生产工艺
偏心零件即是指外圆和外圆的轴线或内孔与外圆的轴线平行但不重合（彼此偏离一定距离）的工件，例如实际生产中常见的偏心轴、偏心孔及曲轴均是偏心零件。无论是偏心轴或是偏心孔，在加工方法上和一般圆柱面、圆柱孔的加工方法基本类似，只是在装夹方法上具有一定的特殊区别，要求在装夹时，需要先将加工的偏心圆部分的轴线校正到与车床主轴线重合的位置后，再进行车削。
传统的车偏心件的工艺主要是利用三爪卡盘或四爪卡盘进行装夹，然而这两种常用的加工方法，都存在着装夹过程复杂，不容易找正，精度难以控制等缺点，不适宜于批量生产。为克服上述缺点，在CNC-6135数控车床加工偏心零件时，有针对性的设计了一种可专门用于批量生产的偏心夹具，能极大的提高零件生产的位置精度，且可以实现数控车床位置坐标的统一性，从而极大的缩短了工时。同时，在加工过程中还通过选用先进的涂层刀具，以及确定合理的加工切削用量，从而有效提升了偏心零件的加工精度与生产效率。
2.专用夹具的设计与应用
夹具的使用，主要是为了通过控制好加工过程中轴线间的平行度以及偏心距精度，以确保加工后的偏心零件具有足够的工作精度。
2.1.偏心距精度的控制
多年来的加工实践证明，采用具有测量块的专用偏心夹具，具有较高的加工精度，其结构和使用情况如下：
该夹具的偏心卡盘总共为两层。其中，花盘和法兰盘是利用螺钉进行紧固连接，花盘的燕尾槽是和偏心体之间相互配合，在偏心体结构中还设置有三爪卡盘。通过燕尾结构的利用，是偏心滑座能在花盘丝杆的调节作用下进行滑动。同时，由于三爪卡盘是采用螺钉与偏心滑座之间紧固连接的，因此可随着偏心滑座的滑动而同时移动。在加工之前，要求车床主轴中心和三爪卡盘的中心是相互重合的，从而能使得固定在花盘中的测量块A与固定在偏心滑座中的测量块B能相互接触，且之间的间隙为零。
在实际加工过程中，通过丝杆的转动使测量块A和测量块B之间能间隔一段距离，而这时候车床主轴和三爪卡盘中心的偏心距离e，可通过对测量块A和测量块B之间的距离来进行测定。当偏心距离e为零时，测量块A、B之间正好接触；而当偏心距离e增加时，测量块A和测量块B之间的距离也会相应加大，因此可通过对测量块A和测量块B之间距离的测定，来详细掌控偏心距的具体数值，以此有效控制偏心距的精度，获得很高的加工精度。
2.2.轴线间平行度的控制
除保证偏心距精度控制以外，另一个关键则是要求夹具的设计应当加工过程中轴线间的平行度。其中，本文选用的CNC-6135数控车床的主轴中心和刀架平面之间的距离为20厘米，因此对所设计夹具中心和平面之间的距离也应当为20厘米。在设计时，为确保夹具中心线和定位平面之间能保持平行，可以在夹具的装夹孔的一侧，开设一条开口槽，从而形成有效的弹性控制，并通过螺钉的压紧力使得弹性孔收缩变小，实现对工件的夹紧，以保证工件的加工精度与安全生产。
3.刀具选择和刀尖圆弧补偿
3.1.刀具设计与选择
数控车床加工偏心零件时，一般兼作粗精车削，在粗车时，适宜选择强度高、耐用性好的刀具，以便满足粗车时大进给量和大吃刀量的需要；在精车时，适宜选择耐用度好和精度高的刀具，以确保加工的精度的要求。
除高速钢制造的整体刀具以外，其它车刀的刀具均是采用的与刀体不同的材料所制成。数控车床刀具材料主要有：硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼（CBN）和聚晶金刚石（PCD）等等。实际生产加工中，数控车床选用刀具材料以及牌号的基本原则是：
3.1.1.在对普通工件生产加工的过程中，一般采用普通高速钢或硬质合金作为刀具材料；在进行难以加工的工作制造时，一般可选用涂层硬质合金、陶瓷等新型材料作为刀具材料；只有在进行常规刀具难以胜任的高硬质材料加工，或者精度加工要求时，才考虑采用CBN或PCD等超硬质材料作为刀具。
3.1.2.在选择刀具材料的牌号时，应首先考虑到刀具的耐磨性。如果刀具材料容易出现崩刃问题或材料性脆，则可以适当降低刀具的耐磨性要求，并选择韧性与强度较高的材料牌号。
以偏心零件的批量加工为例，为尽量提高数控车床的生产效率，应降低刀具在对刀、换刀和磨刀时的时间，因此在刀具的选择上，适宜选择系列化和标准化的不重磨刀片。同时，为了提高刀片自身的耐磨性和硬度，最好是采用先进的涂层硬质合金刀片。其表面涂层材料常见的有TiC、TiN、Al2O3以及其它镀覆材料，通过在硬质合金刀片表面镀覆涂层后，在增加刀片的耐磨性与硬度同时，还能有效减少积削瘤的生成，从而提升了偏心零件的加工精度与加工效率，延长了数控车床中刀具的正常使用寿命。
3.2.刀尖圆弧补偿
在本文中选用的涂层硬质合金刀具的刀尖为圆弧形，由于CNC-6135数控车床中所采用的GSK-980TA系统中没有刀尖圆弧的补偿功能。若偏心件在对加工精度有着较高要求时，可采用手动的方式对刀尖的半径补偿值进行计算，然后在编程过程中将补偿量添加到程序当中，从而有效保证偏心件的加工精度，而不会出现不合要求的少切或过切现象。
在编程时，假设刀尖圆弧的半径为0.5mm，然后按照刀尖圆弧的中心轨迹来实现编程计算。编程过程中，由于偏心件的外轮廓主要是由一个圆弧与一条直线所构成的，因此在编程时期轨迹点，也应当为偏心零件的圆弧半径再假设刀尖圆弧的半径。同时要额外注意的是，在直线与圆弧的过度处，要将其编程为相应的圆弧轨迹，以防止因为编程不当而对加工后零件的形状造成影响。
4.总结
本文结合实际教学经验，并以CNC-6135数控车床加工偏心零件作为实例，就其在加工偏心零件时的生产特性，以及加工过程中夹具和刀具上的技术改进等方面进行了分析与探讨。实践证明，采用本文设计的专用偏心夹具，能为装夹工件和加工制造带来很大方便，尤其是在批量生产偏心零件时，能在大幅度提高加工效率的同时，还能获得很高的加工精度。
参考文献：
[1] 胡建新.机床夹具设计[M].北京：机械工业出版社，2010.
[2] 胡荆生.公差配合与技术测量[M].北京：清华大学出版社，2008.
[3] 韩鸿鸾，等.数控机床加工程序的编制[M].北京：机械工业出版社，2008.
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