农业机械中基轴制孔数控加工研究

农业机械中基轴制孔数控加工研究摘要：农业机械中的孔轴配合主要以基轴制配合为主，在加工具有由多个孔构成的孔系特征的农业机械零件时，如何在满足低成本、实用精度的前提下，高效地进行孔加工就是一个值得研究的问题，在本文中，提出了利用数控加工中心来加工的解决方案。关键词：农业机械；孔轴配合；基轴制；数控加工1农业机械配合基准值的合理选择1.1孔轴配合的性质孔轴配合的按孔与轴的相互尺寸关系可以分为：间隙配合、过盈配合和过渡配合3种。在实际应用中该选择哪种形式的配合主要是根据配合的用途来选择。若是为了紧固联结两个配合件，那么就选择过盈配合；若是为了让2个配合件之间能产生相互运动，则选择间隙配合合理；若是为了让配合件之间相互定位，那么可以选择过渡配合。为了方便选用和生产，配合性质已经以国家标准的形式固定化、系列化。要完整地表达一个精度尺寸需要3个要素：公称尺寸、基本偏差和公差等级。其中公差等级反映了精度指标，它表征孔或者轴自身的精度，在配合尺寸中还能表征配合件的精度；基本偏差反映了孔或者轴的尺寸与公称尺寸之间的差距。孔轴二者的基本偏差组合情况决定了配合性质是怎么样的，组合后孔大轴小就是间隙配合，轴大孔小就是过盈配合。过渡配合是指一批孔和对应的一批轴随机配合后，单个配合的配合效果有的是间隙配合，有的配合是过盈配合，即过渡配合这个概念是和“批量的孔”“批量的轴”这2个条件相关的，单独看一个具体的配合，它就只可能有2种性质：要么是间隙配合，要么是过盈配合。1.2农业机械中的孔轴配合制选择在实际运用中，不同偏差的孔和不同偏差的轴如果随机组合配合的话，将会产生很多种配合情况，太多的配合组合加大了用户选用的难度，另外一方面也增加了加工制造环节的加工规格数量和难度。因此在实际应用中，是采取固定孔或轴其中的一个尺寸不变，让另外一个对应的配合尺寸做出变化，从而构成所需的配合性质。这样处理的好处是：（1）减少了配合种类的组合，相对容易选择。（2）由于孔轴其中一种相对固定，所以在制造加工时，可以减少孔或者轴的规格。这种处理方法被称为基准制。孔的偏差保持不变，轴作相应变化被称为基孔制；轴的偏差保持不变，孔作相应变化被称为基轴制。基准值的选择主要考虑的是是否方便配合零件的加工制造，因此在选择基准值时尽量让难加工的、加工成本高的一方相对固定。从加工难度上看，相对于轴，大多数情况下孔的加工难度和精度控制难度更大；从加工成本上看，轴的加工成本小于孔加工成本，因为一把车刀可以车削不同直径尺寸的轴，而一把麻花钻就只能钻钻头对应尺寸的孔，孔的系列越多，加工中需要的孔加工刀具也就越多。因此，大部分情况下都采用基孔制。而大部分农业机械由于使用性质和作业环境的特点，并不是很注重机械的配合精度、美观度和操作的舒适度，注重的是可靠性、耐用性和经济性。为了减少加工成本，农业机械的孔轴配合大多采用这种方式：配合中的轴是直接购买钢筋或者圆钢，然后按需要的长度切断，不做任何外圆车削加工，这样的话就完全省掉了轴加工的工序，可以不用购置轴加工机床、刀具及夹具，从而减少了加工成本。而参与配合的孔，按选用的轴的基本尺寸和配合性质的要求来进行加工。因此农业机械中大部分孔轴配合都采用基轴制。2基轴制孔系的数控加工2.1孔系数控加工的工艺性分析农业机械中很多零件都有孔系特征，这些零件的特点是孔与孔相互之间的定位精度有要求，每个孔的直径精度也有一定的要求，孔的深度不统一，很多孔还具有沉头的特征。若采用普通钻床进行加工的话，容易出现以下的问题：（1）难以保证孔间距定位尺寸。（2）当孔系的深度不一致时,容易出现深度尺寸加工错误的问题。（3）当孔系中孔径尺寸不一致时，需要频繁地手动更换刀具，导致加工效率降低。（4）锪孔加工时深度尺寸不容易掌握，容易出错。（5）加工过程中主要靠操作工人控制加工过程，导致加工效率低，需要较多的工人进行孔加工，工人劳动强度大。综上可以看出，利用普通钻床加工农机中的孔系时，工艺性并不是很好。利用普通钻床加工时基本都得依靠人工操作，所以加工质量难以保证。稍复杂的孔系完全加工到位甚至需要多名工人参与操作。2.2数控加工中心在孔系加工中的优势数控加工在国内制造业中的应用越来越广泛，因为数控机床在加工中相对于普通机床有较多的优势，这些优势表现在：（1）加工精度更高。（2）能加工普通机床不能加工的复杂轮廓。（3）柔性高，产品变化时只需要调整加工程序和刀具就可以适应。（4）由于刀路、切削要素是数控系统控制，因此加工出的产品受人为因素干扰少，质量稳定。（5）加工时不需要操作者全程参与，工人劳动强度小，必要时可以一个工人操作多台数控机床。（6）数控机床的刚性更好，可以在更高的切削速度下加工，同时数控机床还具有很多诸如自动换刀等普通机床不具备的功能，因此数控机床的加工效率高。（7）数控机床的加工信息易于数字化、网络化管理。数控机床的种类较多，数控加工中心便是一种在制造业广泛使用的数控机床。加工中心（MT）分为数控车削加工中心和数控铣削加工中心，车削加工中心主要用于加工回转类零件，铣削加工中心主要用于孔系、箱体类、型腔类零件的加工。数控铣削加工中心从结构上看，其实就是一个数控铣床附加一个可以装多把刀的刀库，同时比数控铣床多了一个自动利用刀库换刀的功能。因此在需要多刀加工的孔系加工时，选择数控铣削加工中心是非常合理的。2.3农业机械中孔系零件数控加工的工艺性分析孔系零件加工正是数控铣削加工中心的强项，选择铣削加工中心来加工孔系，工艺性优越，具体体现在以下几个方面：（1）相对于普通钻床，加工中心的定位精度更高。（2）具有自动换刀功能，在加工由多个不同孔径的孔构成的孔系时，利用编程实现自动换刀，提高了加工效率，不会产生装错刀导致把零件做成废品的情况。（3）通过编程来精确控制每个孔的深度，使每个孔的深度尺寸得到保证。（4）编程控制沉头孔的锪钻，充分保证沉头孔的同轴度精度和深度尺寸精度。（5）数控铣削加工中心有丰富的孔加工循环功能，能实现各种类型的孔加工，比如引孔加工、普通孔加工、深孔钻削加工、镗孔加工、攻丝加工等。（6）加工中心钻孔时，可以通过编程精确控制进给量和回退量，有利于排屑和冷却，延长孔加工刀具的使用寿命。（7）数控加工中心除了加工孔外，还可以发挥它的铣削功能，铣削各种沟槽、型腔、箱体等。（8）数控加工中心可以和CAD/CAM软件结合，在CAD/CAM软件上设计的零件能迅速生成加工程序传到加工中心，实现设计到加工的无缝连接。数控加工中心的强大加工能力使它成为机械加工中的明星，柔性制造系统、智能制造系统等都离不开加工中心这个功能强大的制造细胞单元。在农业机械制造领域，加工中心的使用逐年增多，但加工中心在农业机械制造企业的设备占比较低，远不及制造行业的整体水平。2.4数控加工中心在农业机械制造行业推广的实用性和经济性分析很多农业机械制造企业（尤其是小型的农机制造企业）对购置和使用数控加工中心缺乏热情，2个认识上的误区导致部分业界人士对数控加工中心存在偏见。这两个认识误区就是认为购置和使用数控加工中心“用不上”和“不划算”。“用不上”就是认为数控加工中心在农业机械的制造过程中不实用，使用加工中心是“杀鸡用牛刀”，存在功能上的浪费。这个认识误区说明没有彻底了解数控加工中心加工的工艺优势。“不划算”这个认识误区主要是认为购置数控加工中心的一次性投入多，后期维护成本高。其实近年来，随着国产数控系统的崛起，国产经济型数控加工中心价格已经非常亲民了。农业机械制造中的零件主要是孔加工和简单轮廓铣削，选择刀库刀位为16个或者12个的加工中心已经足够对付，目前这种档次的加工中心价格不高于15万元，因此一次性投入并不算高。国产加工中心的质量和可靠性近年来有了长足进步，没必要担心后期的维护保养。更重要的是，加工中心功能强大，一台数控加工中心如果