多轴加工技术

第一篇：多轴加工技术

所谓多轴数控机床是指在一台机床上至少具备第4轴。如四轴数控机床有3个直线坐标轴和1个旋转坐标轴，并且4个坐标轴可以在计算机数控（CNC）系统的控制下同时协调运动进行加工。五轴数控机床具有3个直线坐标轴和两个旋转坐标轴，并且可以同时控制、联动加工。与三轴联动数控机床相比较，利用多轴联动数控机床进行加工的主要优点如下。

（1）可以一次装夹完成多面多方位加工，从而提高零件的加工精度和加工效率。

（2）由于多轴机床的刀轴可以相对于工件状态，而改变，刀具或工件的姿态角可以随时调整，所以可以加工更加复杂的零件。

（3）由于刀具或工件的姿态角可调，所以可以避免刀具干涉、欠切和过切现象的发生，从而获得更高的切削速度和切削宽度，使切削效率和加工表面质量得以改善。

（4）多轴机床的应用，可以简化刀具形状，从而降低刀具成本。同时还可以改善刀具的长径比，使刀具的刚性、切削速度、进给速度得以大大提高。

（5）在多轴机床上进行加工时，工件夹具较为简单。由于有了坐标转换和倾斜面加工功能，使得有些复杂型面加工，转变为二维平面的加工。由于有了刀具轴控制功能，斜面上孔加工的编程和操作也变得更加方便。

由于增加了旋转轴，所以与三轴数控机床相比，多轴机床的刀具或工件的运动形式更为复杂，主要有以下几种形式。

第二篇：轴类零部件加工技术要求

轴类零件加工工艺

一、轴类零件的功用、结构特点及技术要求

轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。

轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。

轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项：

(一)尺寸精度

起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5~IT7）。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6~IT9）。

(二)几何形状精度

轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。

(三)相互位置精度

轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的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。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.01~0.03mm，高精度轴（如主轴）通常为0.001~0.005mm。

四)表面粗糙度

一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.5~0.63μm，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.63~0.16μm。

二、轴类零件的毛坯和材料

(一)轴类零件的毛坯

轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。

根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。

(二)轴类零件的材料

轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。

45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45~52HRC。

40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。

轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50~58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。

精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。

轴类零件的加工有几种方式

轴类要分精度高的，和一般的，精度高的要用中心孔两头顶起加工，这样可以保正轴的每档尺寸的同心度。也有利下道工序磨床加工。长轴要用中心架，细轴要用根刀架。对于一般要求的可一头用三爪卡盘夹。一头项的加工方法。

盘类零件用三爪卡盘，或用工装夹具安装加工。

套类零件如同心度要求高的粗加工后。先精加工内孔后用芯轴套上在加工外圆。

异形要用专用夹具装夹来完成加工

轴类零件工艺流程制做过程

由于车床主轴含有台阶,内孔,能够充分的反映出轴类零件的特点,所以现使用主轴来进行举例.1,首先锻件毛坯两端钻中心孔,粗车外圆几大档台阶;2,进行调质;3,半精车各档台阶,外圆和长度放余量,然后搭中心架车对总长;4,中心架上钻轴内通孔;5,搪两端锥孔,两端镶闷头,钻中心孔,为磨削做准备;6,精车各档外圆及台阶平面,放磨削余量,并且车外圆上各槽,倒角;7,磨削各档外圆及台阶平面到尺寸;8,装配后在本车床上加工各螺纹.

第三篇：五轴技术（模版）

创新研发机床专有技术

当好用户的工艺师，使机床产品能够最大限度地满足用户的需求，不断提高机床的适用性和可靠性以及其使用效益和效率，为用户创造更多的价值，是机床制造企业的终极目标和核心竞争力。因此，聚焦用户需求，研发专有技术就成为机床产业转型升级的重要内涵。

航空制造业、汽车制造业和模具制造业是机床制造商的3大主要服务对象，他们对零件加工精度和效率日益提高的需求不断推动机床技术的发展，是机床产品创新的动力。例如，柔性化自动线、高速高精度加工中心、复合加工和多轴联动数控机床的出现无不与这3个工业部门的需求密切相关。Ecospeed的成功秘笈 1 聚焦用户需求

现代飞机结构件大多数是薄板类零件，其特点是结构形状复杂，尺寸大、壁厚小、凹穴凹槽多，而且要求质量轻、强度高、表面质量好。通常是由整块铝合金毛坯加工而成，其金属切除的体积高达80%~95%，因此要求机床的切削速度高，主轴功率大，单位时间材料切除率大。一个典型的飞机结构件如图1所示。

图1 典型的飞机结构件

德国DS-Technologie公司（DST）是著名的重型机床制造商，其主导产品是大型龙门式加工中心，设有航空制造部，专门从事飞机结构件的加工工艺研究和航空制造新机床的研发。

DST的研究结果表明，从20世纪70年代的多轴铣床到90年代的龙门式五轴联动加工中心都不能完全满足现代飞机结构件加工的要求。因此，决定研发飞机结构件加工的新型机床——Ecospeed。

首先，需要搞清楚用户存在的问题，通过总结数十年飞机结构件加工的经验，提出用户所期望的机床性能指标，见表1。

过去采用龙门式五轴联动加工中心的基本构思是龙门式铣床的3个移动轴加上铣头的2个回转轴，从而构成五轴联动机床，铣头成为关键。对多种摆角式和回转式铣头进行了分析，对其用于加工飞机结构件时性能进行评价，结果见表2。

性能评价分5级，++为很合适，+为较好，+-为可用，-为较差，--为不合适。可见，无论摆角式还是回转式铣头都存在令人不够满意之处。2 专有技术：Sprint Z3主轴头

为了从根本上克服摆角式和回转式铣头的缺点，新型Sprint Z3型主轴头采用3杆并联运动机构，其内部的结构如图2所示。

从图中可见，3杆并联运动机构是由3个伺服电动机分别通过滚珠丝杠驱动的、按120°分布的3个移动装置组成。在滚珠丝杠驱动下，滑板各自沿底座上的线性导轨移动，滑板的移动推动可摆动的杆件，再通过万向铰链驱动运动平台，使运动平台上的主轴作Z轴向移动及A轴和B轴方向的偏转。实践证明，这种3杆并联运动机构完全能够满足飞机结构件加工预期性能指标的要求。

应该指出的是，尽管Sprint Z3型主轴头的运动原理是新颖的，但所有零部件，包括伺服电动机、电主轴、线性导轨、轴承和万向铰链都是标准化的零部件，由专业厂家生产，在数控机床中已经获得广泛的应用，从而使三杆并联运动机构主轴头的可靠性能够获得充分保证。安装在立柱上的Sprint Z3型主轴头如图3所示。

图3 安装在立柱上的Sprint Z3主轴头 从图中可见，主轴头由配置在两侧的滚珠丝杠驱动下沿两侧线性导轨升降。采用双丝杠的目的是使驱动力处于主轴部件的重心，提高其动态性能。主轴滑座和立柱都是由钢板焊接而成的、封闭的、轻量化的结构件，以减轻移动时的惯性影响。

在Sprint Z3型主轴头的基础上，构成高性能数控加工中心Ecospeed，其总体配置见图4。从图中可见，机床配置的特点是所有运动都由刀具一侧完成，在加工过程中固定在立式工作台托板上的工件是不移动的。垂直加工可使高速切除的大量切屑得以迅速排走。在工件加工完毕后，托板移到机床一侧的交换和装卸工位，然后翻转90°，使工件可以在水平位置装卸。

图4 Ecospeed高性能数控加工中心

与过去30年使用的多种龙门式铣床和加工中心比较，Ecospeed将零件加工时间缩短了大约6倍，将金属切除率提高了近7倍，如图5所示。

高性能数控加工中心Ecospeed的成功应用使DST公司近年来在飞机结构件加工领域处于世界领先地位。Zimmermann公司的新一代龙门铣床 1 FZ33龙门铣床

德国Zimmermann公司对其FZ产品系列龙门铣床进行了持续不断的改进和提高，以满足汽车工业和航空工业的新需求。最典型的例子就是新一代的高架移动式龙门铣床FZ33。

这款机型专门设计用于对铝件和复合材料进行5面完全加工，以及对钢件进行五轴联动的高效精加工。通过运用研发的驱动技术和使用最新一代的齿轮齿条驱动系统，并配备高性能直线导轨，加以运动部件质量量化设计使进给速度和加速度等明显提高。通过使用高科技的纤维增强性填充材料，显著地提高了机身承载部件的刚性。机床工作空间是以加工大型飞机结构件和汽车整车模型，X轴计程为40m，Y同轴行程为6m，Z轴行程为3m。

与此相适应，该公司采用了新一代铣头VH2以便充分利用机床其他方面改进所带来的优势，大幅提高的切削参数使FZ33对铝件的大排屑量切削成为可能。新一代的VH2铣头基本具备了高速加工轻合金所需的所有性能：旋转轴的夹紧系统最大限度地强化了粗加工性能，带水冷的高刚性蜗轮蜗杆驱动以及独特的主轴油脂自动补充润滑系统确保了设备的长期稳定可靠性和低维护性。2 全球首创：M3 ABC铣头

为了解决类似的飞机结构件凹穴凹槽加工的难题，该公司研发了一种具有3个回转轴的铣头M3 ABC，如图6所示。

从图中可见，M3 ABC铣头与传统转角式铣头的区别在于增加了可沿特殊设计的、高精度和高刚度的弧形导轨偏转的B 轴转动，从2自由度变为3自由度。

M3 ABC铣头C轴的回转角度为±360°，A轴可使主轴摆动±110°，而在A轴和C轴之间加入可偏转±15°的B轴，结构非常紧凑。M3 ABC铣头的3个自由度以及足够大的偏转范围使得采用该铣头的ZF100龙门式铣床可实现高柔性的六轴联动加工，而且能够保证刀具处于最佳的空间姿态和使用优化的进给速度进行加工，从而大幅度缩短加工时间，同时获得非常好的表面质量。

这一创新从根本上改变了铝合金、合成材料和模型材料整体加工以及钢和铸铁零件高速加工的概念，克服了长期以来A-C轴转角式铣头在五轴联动加工中的某些局限性。

典型飞机结构件的凹槽往往具有3°~5°斜度的内侧表面，采用A轴和C轴的转角式铣头加工非常不方便，特别是在转角处需要反复调整铣头的姿态。借助具有ABC轴的M3ABC铣头加工这类凹槽却是非常理想的，如图7所示。

传统的具有A轴和C轴的摆角式铣头的主要缺点是在A轴处于0位时出现“死点”，此时铣头的C轴无效，即当铣头在垂直位置时，主轴无法在C轴方向偏转。即使主轴很小的姿态改变，也需要C轴作大的回转才能够实现，明显降低加工效率和零件表面质量。

新型的M3 ABC铣头则不然，即使在加工零件凹穴凹槽的转角处，也能保持恒定的高进给量，从而显著降低刀具的磨损。由于有3个回转轴，只需要最小的转动就能够实现主轴在任何方向、任何角度的姿态变化。此外，不再需要在每一加工循环之后急速撤回C轴，可以简化数控程序和节约大量的主轴姿态调节时间。

在M3 ABC铣头基础上，Zimmermann公司推出了六轴联动的FZ100动梁龙门式铣床，其外观如图8所示。

图8 FZ100动梁龙门式铣床

从图中可见，横梁可沿机床两侧的固定立柱在X轴方向移动，主轴滑座沿横梁在Y轴方向移动，而主轴滑枕在滑座中升降（Z轴）。横梁、主轴滑座和主轴滑枕都采用轻量化设计原理，结构经过反复优化，不仅使机床移动部件的质量较轻，而且在工作时基本恒定，使惯性力的负面影响最小，从而保证了机床的高动态性能。

机床两侧面的立柱是整体结构，最大长度为8m。为了保证结构的高刚性和吸振性，立柱由经过热处理的钢板焊接而成，其中填充有特殊的纤维加强混合物（DemTec），可以保持长期的工作稳定性而无需维护。

这种独特的立柱设计具有高热稳定性和颤振和振动的高阻尼，能够保证零件加工的高尺寸精度和高表面质量，其加工过程的动态性能和工件的轮廓精度远非一般铸铁和焊接钢结构所能比拟。

横梁由两侧立柱顶部的无间隙齿轮齿条机构驱动。这一布局使驱动装置远离加工区域，并且容易采取完善的防护，有利于长期保证工作精度。横梁的最大移动速度可达60m/min，最大加速度为4m/s2。

工作台是整体铸铁件，长度为3800~8800mm，宽度为3000~4000mm，厚度为220mm，直接安装在地基上，以保证其刚性。工作台的最大承重能力为20000kg/m2。

M3 ABC铣头的主轴功率为60kW，最大转速为22000r/min。趋势与展望

随着用户需求的日益多样化和高性能化，批量生产的通用数控机床遇到了严峻的挑战。未来的发展有两种趋势：一种是以某种通用数控机床为基型增加选件的品种，扩展其功能和用途，由用户加以选择，实现客户化定制生产。另一种是聚焦用户需求，研发专有技术，开发专门化的数控机床，为用户提供全面解决方案。在激烈的市场竞争中，技术的先进性并非唯一的取胜要素，最根本的是机床制造商能不能吃透用户的需求，提供简单而可靠的解决方案，为用户创造更多的价值。应该清楚地认识到，只有机床制造商和用户都有利可得才能够使技术转变为真实的生产力。

创新的专有技术绝非空中楼阁、凭空想象能够研发的，而是建立在可靠的单项技术之上，是若干单元技术的集成。创新更离不开机床制造企业的技术和经验的多年积累，离不开工程师孜孜不倦的钻研。高素质的人才是创新和研发专有技术的最重要的资源。

最后，创新的专有技术的研发还应该充分考虑模块化、可移植性和可重组性，提高其经济效益，使该项新技术能够为不同的用户服务，在不同的领域获得应用，使专有技术的研发带来更大的利润，获得更大的经济回报。（责编 良辰）

第四篇：介绍轴类锻件加工工艺

苏州海普威精锻有限公司http://www.xiexiebang.com/ 介绍轴类锻件加工工艺

轴类锻件一般如果较大的轴的话采用自由锻，自由锻里面就有一类是轴类锻件，如果你有兴趣过来看看，浙江一重特钢有限公司我们主要生产自由锻锻件和锻造圆钢，其中有一类就是轴类锻件。

第一节

轴类零件加工

一、概述

(一)、轴类零件的功用与结构特点

1、功用：为支承传动零件（齿轮、皮带轮等）、传动扭矩、承受载荷，以及保证装在主轴上的工件或刀具具有一定的回转精度。

2、分类：轴类零件按其结构形状的特点，可分为光轴、阶梯轴、空心轴和异形轴（包括曲轴、凸轮轴和偏心轴等）四类。

轴的种类

a)光轴

b)空心轴

c)半轴 d)阶梯轴 e)花键轴 f)十字轴 g）偏心轴 h)曲轴

i)凸 轮轴

若按轴的长度和直径的比例来分，又可分为刚性轴（L/d＜12＝和挠性轴（L/d＞12）两类。

3、表面特点：外圆、内孔、圆锥、螺纹、花键、横向孔

（二）主要技术要求：

1、尺寸精度

轴颈是轴类零件的主要表面，它影响轴的回转精度及工作状态。轴颈的直径精度根据其使用要求通常为IT6～9，精密轴颈可达IT5。

2、几何形状精度

轴颈的几何形状精度（圆度、圆柱度），一般应限制在直径公差点范围内。对几何形状精度要求较高时，可在零件图上另行规定其允许的公差。

3、位置精度

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主要是指装配传动件的配合轴颈相对于装配轴承的支承轴颈的同轴度，通常是用配合轴颈对支承轴颈的径向圆跳动来表示的；根据使用要求，规定高精度轴为0.001～0.005mm，而一般精度轴为0.01～0.03mm。

此外还有内外圆柱面的同轴度和轴向定位端面与轴心线的垂直度要求等。

4．表面粗糙度

根据零件的表面工作部位的不同，可有不同的表面粗糙度值，例如普通机床主轴支承轴颈的表面粗糙度为Ra0.16～0.63um，配合轴颈的表面粗糙度为Ra0.63～2.5um，随着机器运转速度的增大和精密程度的提高，轴类零件表面粗糙度值要求也将越来越小。

(三)、轴类零件的材料和毛坯

合理选用材料和规定热处理的技术要求，对提高轴类零件的强度和使用寿命有重要意义，同时，对轴的加工过程有极大的影响。

1、轴类零件的材料

一般轴类零件常用45钢，根据不同的工作条件采用不同的热处理规范（如正火、调质、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。

对中等精度而转速较高的轴类零件，可选用40Cr等合金钢。这类钢经调质和表面淬火处理后，具有较高的综合力学件能。精度较高的轴，有时还用轴承钢GCrls和弹簧钢65Mn等材料，它们通过调质和表面淬火处理后，具有更高耐磨性和耐疲劳性能。

对于高转速、重载荷等条件下工作的轴，可选用20CrMnTi、20MnZB、20Cr等低碳含金钢或38CrMoAIA氮化钢。低碳合金钢经渗碳淬火处理后，具有很高的表面硬度、抗冲击韧性和心部强度，热处理变形却很小。

2、轴类零件的毛坯

轴类零件的毛坯最常用的是圆棒料和锻件，只有某些大型的、结构复杂的轴才采用铸件。

（四）、轴类零件的预加工

轮类零件在切削加工之前，应对其毛坯进行预加工。预加工包括校正、切断和切端面和钻中心孔。

1、校正：校正棒料毛坯在制造、运输和保管过程中产生的弯曲变形，以保证加工余量均匀及送料装夹的可靠。校正可在各种压力机上进行。

2、切断：当采用棒料毛坯时，应在车削外圆前按所需长度切断。切断叮在弓锯床上

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苏州海普威精锻有限公司http://www.xiexiebang.com/ 进行，高硬度棒料的切断可在带有薄片砂轮的切割机上进行。

3、切端面钻中心孔：中心孔是轴类零件加工最常用的定位基准面，为保证钻出的中心孔不偏斜，应先切端面后再钻中心孔。

4、荒车：如果轴的毛坯是向由锻件或大型铸件，则需要进行荒车加工，以减少毛坯外国表面的形状误差，使后续工序的加工余景均匀。

二、典型主轴类零件加工工艺分析

轴类零件的加工工艺因其用途、结构形状、技术要求、产量大小的不同而有差异。而轴的工艺规程编制是生产中最常遇到的工艺工作。

（一）轴类零件加工的主要问题

轴类零件加工的主要问题是如何保证各加工表面的尺寸精度、表面粗糙度和主要表面之间的相互位置精度。

轴类零件加工的典型工艺路线如下：

毛坯及其热处理→预加工→车削外圆→铣键槽等→热处理→磨削

（二）CA6140主轴加工工艺分析

1、CA6140主轴技术条件的分析

（1）、支承轴颈的技术要求

主轴两支承轴颈A、B的圆度允差 0.005毫米，径向跳动允差 0.005毫米，两支承轴颈的1：12锥面接触率＞70%，表面粗糙度Ra0.4um。支承轴颈直径按IT5-7级精度制造。

主轴外圆的圆度要求，对于一般精度的机床，其允差通常不超过尺寸公差的50％，对于提高精度的机床，则不超过25%，对于高精度的机床，则应在 5～10％之间。

（2）、锥孔的技术要求

主轴锥孔（莫氏 6号）对支承轴颈 A、B的跳动，近轴端允差 0.005mm，离轴端300mm处允差 0.01毫米，锥面的接触率 ＞70％，表面粗糙度Ra0.4um，硬度要求 HRC48。

（3）、短锥的技术要求

短锥对主轴支承轴颈A、B的径向跳动允差0.008mm，端面D对轴颈A、B的端面跳动允差0.008mm，锥面及端面的粗糙度均为Ra0.8um。

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（4）、空套齿轮轴颈的技术要求

空套齿轮的轴颈对支承轴颈A、B的径向跳动允差为 0.015毫米。

（5）、螺纹的技术要求

这是用于限制与之配合的压紧螺母的端面跳动量所必须的要求。因此在加工主轴螺纹时，必须控制螺纹表面轴心线与支承轴颈轴心线的同轴度，一般规定不超过0.025mm。

从上述分析可以看出，主轴的主要加工表面是两个支承轴颈、锥孔、前端短锥面及其端面、以及装齿轮的各个轴颈等。而保证支承轴颈本身的尺寸精度、几何形状精度、两个支承轴颈之间的同轴度、支承轴颈与其它表面的相互位置精度和表面粗糙度，则是主轴加工的关键。

（三）、CA6140主轴加工工艺过程四）、主轴加工工艺过程分析

1、主轴毛坯的制造方法及热处理

批量：大批；材料：45钢；毛坯：模锻件

(1)材料

在单件小批生产中，轴类零件的毛坯往往使用热轧棒料。

对于直径差较大的阶梯轴，为了节约材料和减少机械加工的劳动量，则往往采用锻件。单件小批生产的阶梯轴一般采用自由锻，在大批大量生产时则采用模锻。

（2）热处理

45钢，在调质处理（235HBS）之后，再经局部高频淬火，可以使局部硬度达到HRC62～65，再经过适当的回火处理，可以降到需要的硬度（例如 CA6140主轴规定为 HRC52）。

9Mn2V，这是一种含碳0.9%左右的锰钒合金工具钢，淬透性、机械强度和硬度均比45钢为优。经过适当的热处理之后，适用于高精度机床主轴的尺寸精度稳定性的要求。例如，万能外圆磨床 M1432A头架和砂轮主轴就采用这种材料。

38CrMoAl，这是一种中碳合金氮化钢，由于氮化温度比一般淬火温度为低540—550℃，变形更小，硬度也很高（HRC＞65，中心硬度HRC＞28）并有优良的耐疲劳性能，故高精度半自动外圆磨床MBG1432的头架轴和砂轮轴均采用这种钢材。

此外，对于中等精度而转速较高的轴类零件，多选用40Cr等合金结构钢，这类钢经调质和高频淬火后，具有较高的综合机械性能，能满足使用要求。有的轴件也选用滚珠轴承钢如 GCr15和弹簧钢如 66Mn等材料．这些钢材经调质和表面淬火后，具有极高的耐磨性和耐疲劳性能。当要求在高速和重载条件下工作的轴类零件，可选用18CrMnTi、20Mn2B等

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苏州海普威精锻有限公司http://www.xiexiebang.com/ 低碳含金钢，这些钢料经渗碳淬火后具有较高的表面硬度、冲击韧性和心部强度，但热处理所引起的变形比38CrMoAl为大。

凡要求局部高频淬火的主轴，要在前道工序中安排调质处理（有的钢材则用正火）, 当毛坯余量较大时(如锻件)，调质放在粗车之后、半精车之前，以便因粗车产生的内应力得以在调质时消除；当毛坯余量较小时（如棒料），调质可放在粗车（相当于锻件的半精车）之前进行。高频淬火处理一般放在半精车之后，由于主轴只需要局部淬硬，故精度有一定要求而不需淬硬部分的加工，如车螺纹、铣键槽等工序，均安排在局部淬火和粗磨之后。对于精度较高的主轴在局部淬火及粗磨之后还需低温时效处理，从而使主轴的金相组织和应力状态保持稳定。

2、定位基准的选择

对实心的轴类零件，精基准面就是顶尖孔，满足基准重合和基准统一，而对于象CA6140A的空心主轴，除顶尖孔外还有轴颈外圆表面并且两者交替使用，互为基准。

3、加工阶段的划分

主轴加工过程中的各加工工序和热处理工序均会不同程度地产生加工误差和应力，因此要划分加工阶段。主轴加工基本上划分为下列三个阶段。

（1）、粗加工阶段

1）毛坯处理 毛坯备料、锻造和正火

2）粗加工 锯去多余部分，铣端面、钻中心孔和荒车外圆等

（2）、半精加工阶段

1）半精加工前热处理 对于45钢一般采用调质处理以达到220～240HBS。

2）半精加工 车工艺锥面（定位锥孔）半精车外圆端面和钻深孔等。

（3）、精加工阶段

1）精加工前热处理 局部高频淬火

2）精加工前各种加工 粗磨定位锥面、粗磨外圆、铣键槽和花键槽，以及车螺纹等。

3）精加工 精磨外圆和内外锥面以保证主轴最重要表面的精度。

4、加工顺序的安排和工序的确定

具有空心和内锥特点的轴类零件，在考虑支承轴颈、一般轴颈和内锥等主要表面的加

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苏州海普威精锻有限公司http://www.xiexiebang.com/ 工顺序时，可有以下几种方案。

①外表面粗加工→钻深孔→外表面精加工→锥孔粗加工→锥孔精加工；

② 外表面粗加工→钻深孔→锥孔粗加工→锥孔精加工→外表面精加工；

③ 外表面粗加工→钻深孔→锥孔粗加工→外表面精加工→锥孔精加工。

针对CA6140车床主轴的加工顺序来说，可作这样的分析比较：

第一方案：在锥孔粗加工时，由于要用已精加工过的外圆表面作精基准面，会破坏外圆表面的精度和粗糙度，所以此方案不宜采用。

第二方案：在精加工外圆表面时，还要再插上锥堵，这样会破坏锥孔精度。另外，在加工锥孔时不可避免地会有加工误差（锥孔的磨削条件比外圆磨削条件差人 加上锥堵本身的误差等就会造成外圆表面和内锥面的不同轴，故此方案也不宜采用。

第三方案：在锥孔精加工时，虽然也要用已精加工过的外圆表面作为精基准面；但由于锥面精加工的加工余量已很小，磨削力不大；同时锥孔的精加工已处于轴加工的最终阶段，对外圆表面的精度影响不大；加上这一方案的加工顺序，可以采用外圆表面和锥孔互为基准，交替使用，能逐步提高同轴度。

经过这一比较可知，象CA6140主轴这类的轴件加工顺序，以第三方案为佳。

通过方案的分析比较也可看出，轴类零件各表面先后加工顺序，在很大程度上与定位基准的转换有关。当零件加工用的粗、精基准选定后，加工顺序就大致可以确定了。因为各阶段开始总是先加工定位基准面，即先行工序必须为后面的工序准备好所用的定位基准。例如CA6140主轴工艺过程，一开始就铣端面打中心孔。这是为粗车和半精车外圆准备定位基准；半精车外圆又为深孔加工准备了定位基准；半精车外圆也为前后的锥孔加工准备了定位基准。反过来，前后锥孔装上锥堵后的顶尖孔，又为此后的半精加工和精加工外圆准备了定位基准；而最后磨锥孔的定位基准则又是上工序磨好的轴颈表面。

工序的确定要按加工顺序进行，应当掌握两个原则：

1）工序中的定位基准面要安排在该工序之前加工。例如，深孔加工所以安排在外圆表面粗车之后，是为了要有较精确的轴颈作为定位基准面，以保证深孔加工时壁厚均匀。

2）对各表面的加工要粗、精分开，先粗后精，多次加工，以逐步提高其精度和粗糙度。主要表面的精加工应安排在最后。

为了改善金属组织和加工性能而安排的热处理工序，如退火、正火等，一般应安排在机械加工之前。

为了提高零件的机械性能和消除内应力而安排的热处理工序，如调质、时效处理等，苏州海普威精锻有限公司http://www.xiexiebang.com/

苏州海普威精锻有限公司http://www.xiexiebang.com/ 一般应安排在粗加工之后，精加工之前。

5、大批生产和小批生产工艺过程的比较

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第五篇：(已修改)探讨改进多轴机床加工方法

探讨改进多少起床加工方法

摘要：随着我国经济飞速的发展，工业机械在工业产业的应用中非常广泛。本文通过对现有多轴机床加工方法的研究，分析了多轴机床在运作过程中存在的问题，并针提出了主要改进措施和方向。

关键词：工业机械多轴机床改进措施

数控机床对于现如今的现代化工厂来说，是最主要的生产制造设备。多轴数控机床比传统机床在加工工艺上有更大的优势，传统加工机床正在慢慢都被数控机床替代。而其中五轴联动加工中心是数控机床中加工技术最高的一种多轴数控机床。五轴数控机床在工业生产和制造上的应用非常广泛，在航空航天，水利水电等这些产品的核心部件加工上更是如此。比如，航空发动机的整体叶轮，水利水电设备中的发电机转子制造等。利用五轴数控机床，对这些高端零部件进行加工，能够满足这些零部件的精度要求，同时也会有更高的效率。

1.多轴数控机床的类型

目前我国五轴联动数控机床，有立式，卧式和摇篮式，以及二轴Nc这几个基本的种类，其中以立式和卧室为最常见的类型。这几种不同类型的五轴数控机床，都有各自的优势，也就是说，在对零部件加工过程当中，并没有说某一个类型的设备是最好的，这要根据加工部件的形状，对精度的要求等这些来进行合适的选择。

1.1立式五轴加工中心

立式五轴加工中心有两种不同形式的回转轴，包括工作台回转轴以及工作台，中间另设有一个回转台还让另一个轴回转的旋转轴。

（1）工作台回转轴是指工作台可以环绕x轴进行回转，一般这种工作台都是设置在机床的床身上，大部分情况下，这种回转轴也可以称之为直线轴，其工作范围一般为30度至-120度左右。

（2）另外一种类型的回转轴一般称之为旋转轴，这种为转轴基本上都是360度回转的。在第一个直线轴和第二个旋转轴的共同作用下，除了工作台面底部的，大部分工件以外，其余的五个面，均可以利用这种类型的机床进行加工。同时因为直线轴和旋转轴的最小分度值为0.001度，所以，在加工时可以通过任意角度将部件或者是倾斜孔。1.2卧式五轴加工中心

卧式五轴加工中心也的回转轴也有两种形式，一种是主轴摆动，固定成为一个回转轴，与工作台上的，另一个回转轴相互配合从而对部件进行立体加工。另外一种回转轴相对来说传统的回转轴。这种回转轴同样设置在床身上，我的工作范围是20度到-100度。其次，工作台中间也是有一个旋转轴，而且该旋转轴可以进行双向操作，回转的角度为360度。2.多轴机床的优势和加工特点（1）加工精度高

多轴数控机床不仅提高了加工工艺的有效性，同时，在加工零件的过程中，整个过程只需要一次装夹，这在一定程度上更有效的保证了部件的加工精度。

（2）工装夹具数量少占地面积小

多轴数控机床有一个非常明显的优势，那就是工装夹具数量少，设备占地面积小。也正因为如此，在对机床设备的维护费用上也会有所减少，给企业节约了支出成本，提高了企业的经济收益。

（3）能进行自由曲线及多面体复杂构件的加工

由于三轴数控机床一般是由三个直线轴构成的，所以，不能一次性加工完成连续并且平滑的自由曲面。而五轴数控机床本身的结构复杂，编程难度大，因此使得五轴数控机床在进行复杂程度较高的部件加工更有优势。比如在航空发动机和汽轮机的叶片，或者孔位的壳体和模具加工时就不能够通过三轴数控机床来进行。而且三轴数控机床在进行加工时位资角不能够及时的进行转变，在进行曲面加工复杂结构的加工就会出现加工不到位的情况，而五轴数控机床可以随意调整位资角的角度，有效的避免这种现象的发生。

（3）生产周期短易于管理

采用多轴数控机床进行各种零部件的加工，能够有效的缩短生产周期。而且由于所有的加工任务都只交给一个工作岗位，对于企业的生产管理带来更高的效率。

（4）缩短新产品研发周期

由于我国航空航天和汽车行业的飞速发展，对零部件的成型形状要求越来越高，精度要求也更为严格。而具有高柔性，高精度的多轴数控问题能够有效的解决新产品的研发问题，包括零部件的加工精度和周期问题，为新品研发提供更好的帮助，使研发周期缩短，新产品研发成功几率提高。

3.多轴数控机床加工技术存在的问题

虽然多种数控机床在加工技术上，远远比三轴数控机床的加工技术高，但是，就目前我国对多轴数控机床的研究和开发，还是存在不少的问题，跟国外先进的多轴数控机床相比，还存在着一些问题和不足，如果能够将这些不足和问题加以研究和改进，就会使多轴数控机床的加工技术有进一步的提升。3.1非线性误差和奇异性问题 五轴数控机床在运作过程中其动力学要比三轴机床复杂的多，由于五轴数控机床有旋转坐标的存在，基于此，也就出现了跟旋转坐标有关的非线性误差问题。另外一个问题是奇异性问题，当奇异点处于极限位置时，那么，其附近的任何震荡都会导致旋转轴出现180度的翻转。这种情况会导致严重的问题发生。非线性误差这种问题的出现一般都是因为数控加工编程没做好，因此降低编程误差是有效的解决办法。3.2五轴数控机床的机械误差问题

由于五轴数控机床的结构和加工工艺上比三轴数控机床更为复杂，因此在加工过程中，对于误差的保证，难度更大。要使五轴数控机床在加工过程当中有更高的精度和更高的效率，就必须要克服，数控机床本身的机械误差，重复定位误差以及机床中心数据误差，基本上这些误差都无法进行人为的干预和消除。4.改进多轴数控机床加工方案的具体措施 4.1减少编程误差

数控加工编程是保证多轴数控机床能够有效运作的基本条件，也是能够保证加工零件的精确度和其他标准规定的根本。因此，在改进多轴数控机床加工方法的同时，要做好多轴数控机床的加工编程。可从多轴数控加工编程的具体步骤进行一一的改进和操作。

（1）首先根据模型定义切削策略

根据模型定义切削策略是保证部件加工后进度和准确度的基本条件，通过多轴加工的常用方法使刀位的轨迹保持在固定的设计上，同时在此过程中还要判断和掌握刀位轨迹的长短和方向变化。

（2）控制刀轴

在对刀具轴线矢量控制时，尽量采用使都是轴线变化平稳的原则，保持切削载荷的稳定。（3）选择合适的切削参数

在选择切削参数时一定要考虑加工过程中的每一个因素，尤其是刀具和工件这两个因素。根据加工部件的特性比如形状，大小，切削性能等这些特点，选择合适的刀具材料。然后根据直径等各项参数，确定切削的速度，主轴的转速以及切削的深度等。

4.2有效实施误差补偿方法

有效的降低五轴数控机床生产存在的各种误差，那么就必须要针对不同类型的多轴数控机床对产生的误差进行检测，辨识，最后针对性的进行改进方案的设计和实施。以高压锅轮类机甲零件外形面岛屿上空间斜孔和沉头孔加工为例。由于其中一组螺纹孔从零件外加工，而另外一组沉头孔零件重新装夹后从零件内加工。两次加工存在着重复定位误差可机械误差等其他误差。要解决这个问题可有以下方法。首先可以将机床的主轴利用数控程序摆放到加工空间位置上，沿主轴方向大表得到主轴位置与零件位置的周向偏差值并做好标记。其次，利用公式计算出空间偏差在坐标系中的补偿值。最后，重新进行程序的运行。这种误差补偿法能效的降低多轴数控机床存在的差误差。结束语：

由于多轴数控机床的复杂性较高，在使用过程当中仍然会存在一些问题，企业在多轴数控机床的应用上还要根据加工部件和机床本身的实际情况对多轴数控机床进行更加全面的研究与分析，为企业自身发展提供更有力的帮助。

参考文献：

[1]杨金秀.改进多轴机床加工方法的探讨[J].中国科技博览, 2013:196-196.[2] 刘英学, 李忠宝.改进多轴机床加工方法的探讨[J].哈尔滨轴承, 2008, 29(1):35-36.[3] 邱立伟.多轴数控机床综合误差建模与补偿的研究[D].长春工业大学, 2011.