农业机械中基轴制孔数控加工的研究

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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使用得当的话，能完成3台左右钻铣床的加工任务，这样可以减少操作工人数量，考虑到近年来的人工成本升高，选用加工中心的使用成本反而会大幅度降低。

3结束语

随着国产加工中心的质量提高和价格降低，农业机械制造行业应该主动升级加工设备，用加工中心代替普通钻床加工基轴制下的孔系零件。

参考文献：

[1]闻邦椿.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社,2018.

作者:杨学智 绘弘 单位:恩施职业技术学院