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【摘 要】随着机电一体化的飞速发展，数控技术被广泛的应用，机械制造行业也越来越开始青睐于用数控技术提高加工工艺[1-2]。槽类零件主要包括直槽类和各种异形槽，本文针对异形槽类零件的数控加工进行分析，根据原始资料，选择相关的工艺加工技术，拟定合理的零件加工方式。
【关键词】数控加工；异形槽零件；加工分析
槽类零件由圆弧、圆孔、凹槽、凸台等组成根据此特点需要的工具也分为钻头、铣刀、镗刀。槽类零件分为2大类，直槽形和异形槽。异形槽零件的轮廓多为孔、圆弧等。轴类零件有较高的精度要求，所以在加工前要了解零件在整个产品中的作用、零件的形状、自身的结构和使用机床的性能，然后设计出零件的工业加工过程，对零件的质量和生产过程具备重要的意义。
1.关于异形槽零件加工里技术环节失败的实例分析
以图1的零件为例子，该零件之前的废品加工率一直很高。主要的技术参数如下，环槽尺寸距离公差尺寸出现的偏差值为（+0.04mm），圆柱出现的偏差值为（0.02mm），公差的偏离容易导致最后的结果出现超差，必须有合理科学的设计才能保证加工工艺的品质。
（1）做好定位加工，并对比加工前后的检测结果。所以前后的检测一定要用相同的基准面和相同的测量工具，整个过程中对前后参数的记录一定要仔细，因为这个数据是找出加工零件加工不成功因素的重要参考。判断这种加工误差是来自于机床加工误差还是失效加工误差。
（2）对异形槽零件进行切削时，工件的装夹情况如图2所示。通过对当前的定位夹紧分析，得知工件的安装是合理的。工人在进行操作时，必须保证夹具定位面及工作表面的清洁，在对零件进行切削加工后，在机体上检测检测零件的尺寸精度及圆柱结果均为合格。随后将零件从机床夹具卸下后再进行检测，这是发现多个异形零件尺寸公差和形位公差出现了超差情况。剩下的极少数合格零件经过几天的存放和各个部门的周转，也出现了超差而导致了报废。
（3）引起的误差原因的分析：从机床卸下零件后出现了尺寸公差和形位公差，追究原因是该零件进行热加工处理后用软三爪自定心卡盘夹紧后进行切削的，由于零件的自身很薄，被夹紧的时候容易发生弹性变形，弹性变形后造成零件的加工后端不平整。在切削工序时，该零件会以该端面作为轴定位再次加紧，造成零件的两端在缺乏弹性的情况下向夹具的端面贴紧。得出的结论是，在夹紧力的压力造成加工零件弹性变形的条件下进行切削工序，当夹紧力消除后，弹性变形得到恢复，造成异形零件的尺寸和形状出现改变，造成加工零件的数据超差从而报废。
（4）剩下的合格工艺零件，在随部分工件周转使用的过程中，没有得到合理的时效安排处理，以至于在存放数周后超差报废。究其原因是加工零件在经过高温处理后，零件内仍然有具有较高的内应力，成型后随其他的部件进行加工，导致其残留的应力重新分布，造成之前原本合格的异形零件发生变形最后工件报废。
（5）得出来的结论是，工件加工后发生变形主要由这两大因素构成，一是因为其本身为不规则的薄壁型，二是在零件经过高温处理后，因为其内应变力（含热应力和材料组织应力）的存在。即使按照正常的加工程序，但是其中任何一环不合理都会导致工件的报废。因此，本文综合考虑和分析对异形槽零件加工工艺细节上的因素。如对材料的选择上、异形零件自身的特点、切削过程等，之后对加工工序进行了合理的工序安排。以求最大化的减少工件的内应力，控制零件变形的数量，提高零件的整体质量。
2.异形槽类零件具备怎样的特点
异形槽零件通常壁厚程度从0.5mm到1.1mm不等，究其原因是形状尖角分布广泛，造成了应力的集中，极容易产生裂纹和内裂变力[2-4]。这种零件在加工过程中，经过一系列的切削振动、工装夹具和灼热加工后，残余应力经过重新分布难以避免的会发生变形外，在各个加工工序之间流转存放的过程中，零件的残余应力也会受存放环境的影响（如温度，空气湿度等）而发生形状、尺寸上的变化，会造成工中的成品率不高。
3.对异形槽类零件加工工艺的分析
3.1零件图工艺的分析
零件图可以直观的反应出零件的性能，用途和工作条件[5]。让人对零件与产品中的相互关系和作用一目了然。是设计工艺的理论基础，因此，零件的工艺图应具备以下几个条件：（1）零件图具有完整性和正确性，符合国家标准，有完整的尺寸和相关的技术标注。如清楚的显示点、线、面之间的平行或相交的关系。画图的过程中可以用cad软件作为辅助工具，以求达到最直观清晰的构图效果。（2）关于尺寸标注方法的要求：在零件图上尺寸标注分为分散法和集中法。通常采用的是集中标注，有利于直观的向编制的程序提供数据。
3.2针对材料的选择
有些零件刚完工的时候是合格的，到整体装配的环节就出现超出范围的松动或难以装配，或者无法装配的情况。有些可以装配但是使用没多久就出现裂痕等情况。导致产品的使用寿命大大缩短。针对这一情况，对加工中出现损坏的材料进行抽样检查，发现在碳钢材料中，所含的S，P比值较高，导致的脆性变大，对加工过程的冷热变化十分敏感。因此，要提高成品加工的成功率，延长零件的最佳使用年限。就要在零件的选材上多下功夫，选择的材料必须符合如下几个特性：（1）材料表面实耐磨，具有良好的延伸性。（2）材料的内部必须具备良好的韧性和可塑性，且耐受性强。（3）因为异形零件工作介质很特殊，最好是选用渗碳合金钢（12CrNi4）q且含碳量要低于0.25。才能保证经过高温处理后，材料的内部仍具有良好的韧性，因为有碳的渗透而达到表面的硬度。Cr，Ni是为了提高材料的淬透性。
4.异形槽类零件加工过程中对刀具的选择
4.1对加工刀具的分类
槽类零件的加工刀具主要分为铣刀、镗刀两大类[6]，根据不同的加工阶段要使用不同的刀具：
（1）在自由啮面的粗加工和半精加工阶段，首先选择铣刀，因为它具有优质的切削质量和效率。 （2）如果对自由曲面进行精加工的时候该选用球头刀，因为该刀的切削速度慢，切削的行距够密。
（3）如果是粗精加工，即使是相同尺寸和规格的刀具，都要分开使用。一般情况下，尽量使用一把刀具完成所有的加工部位。
4.2异形类零件加工过程中对刀具的用法
（1）粗加工时螺旋进刀方式应控制在5度到10度之间，进刀量的径向不允许超过刀具直径的5%-8%，深度进给量要控制在刀具直径的5%。
（2）半精加工阶段，由于零件的层间距离较小，要防止切削时刀具直接下沉到下个切削面，不要过切，要满足等量的切削原则。
（3）粗加工和半精加工阶段，为实现较高的表面加工质量和切削效率，要配合使用UG软件的manufacturing模块里的cavity—mill铣削方式，其参数设定为，切削水平选bcal Depth per Cut为2mm，将Stepover的too diameter调整为55%。刀具则选用硬质合金双刃立式平底铣刀。
（4）精加工阶段，选用优质合金球头刀为刀具；对比曲面的最大面，分为正反方向两组，刀轨走向尽可能的沿着最长轮廓线的方向；因为球头刀刀心速度为0，不属于切削而是削磨，所以加工时刀轴需要与零件底面保持不超过20度的倾斜，减少这样可以避免刀尖对加工零件的磨损；根据零件不同曲面的特点，可以用Cavity—mill中Ar.ea Milling、Surface Area、Boundar来进行加工。
5.切削加工中对切削液的选择
切削加工中要使用切削液，切削液具备四大性能，冷却性能，润滑性能，清洗性能，防锈性能。在切削过程中切削液可以降低刀具与加工表面的摩擦，减少刀具的磨损，提高加工表面的光滑性。切削液也根据其性能也分为三个种类，切削油，乳化液，水溶液。水溶液其主要成分由水构成，无粘稠的透明质感，方便操作者观察，冷却性能好。其缺点是容易令金属零件生锈，润滑性能差。乳化液外观呈透明或者乳白色，是由乳化剂、添加剂和植物油膏加水稀释而成，冷却润滑、效果不错但是含水量大，容易让金属钝化。
6.异形槽零件钻中心孔时要注意的问题
钻中心孔是异形槽类零件加工中十分细节却又极其重要的一环，对异形槽零件的加工工艺的品质起到决定性的作用，因此，在异形槽加工过程中，应注意如下几个问题。
6.1防止中心钻的折断
（1）中心钻一定要对准加工零件的回转中心，加工零件的末端要车平，不能留有凹头，否则容易造成中心钻偏斜，不能准确定钻心而折断。（2）切削时候要严格控制切削用量。（3）不能使用磨后的中心钻强行钻入。（4）要保证中心钻的清洁，及时清除中心钻上的切屑和浇注切削液。
6.2防止中心钻孔钻的不圆或钻偏
（1）要及时矫正出现弯曲的加工零件2.保证装夹工具有良好的夹紧力，防止因夹紧力不足而引起的钻中心孔时加工零件的移位。且在钻孔时注意，中心孔不宜钻的太深，否则在工件夹装时不能与中心孔的钻孔贴合，避免中心钻孔修膜后圆柱部分的长度过短，不然在装夹时，容易造成装夹尖端与中心孔底的接触。
7.在热处理过程中需注意的问题
正确的高温的处理方法对后来的切削加工质量有着决定性的作用，金属的组织成分不同在加热处理中会呈现出不同的组织特性，当含碳量不足0.25%时，金属的切削加工性能也随着碳含量的变化而变化，如果有大量的铁素体在回火状态下出现，那么说明该金属的延展性很好。因为渗碳合金钢（12CrNi4A）具有含碳量低的优势，经过渗碳后冷却，然后通过金属加热处理后再低温回火，从而形成柔韧性和强度的完美融合。大部分的异形槽类零部件加工过程中，都是先经过加热处理及回火后再进行磨削工作，通过磨削加工达到所追求的良好机械性能。工件采用半自动或自动机床加工时高效率成批生产，只有经过科学的热处理工艺方法，有效的降低了磨削时“烧伤”或形成“磨削裂纹”的概率，保证了零件经过精磨后，还能维持有较高的光洁程度。因此，正确选定合理的热处理工艺方法是优质切削的基础。
8.结束语
综上所述，通过对异形槽类零件在选材和自身特性上诸多因素的分析，强调了对加工工艺环节中需要注意的问题，提出了进一步改善异形槽类零件加工成品率的要点和发展趋势，将成品的合格率提升到了85%到99.8%，产品的使用年限较以往增加了9成，降低了机械能耗，节约了成本，同时保证了加工的工期。大幅度的减低员工做返工的概率，减少员工的劳动力，也为机械行业的加工提供了相关的经验，创造了可观的经济价值。
【参考文献】
[1]肖尧先，聂秋根，柯映林等.复杂槽形槽筒数控加工编程技术[J].中国机械工程，2001，12（z1）：29-31.
[2]董炳洪.凹凸槽零件的数控加工[J].CAD/CAM与制造业信息化，2009，10（4）：182-184.
[3]张文俊，朱晓丽.异形槽零件的数控加工研究[J].机械工程与自动化，2014，11（6）：123-124.
[4]王亚辉.平面槽形凸轮零件的数控加工[J].工具技术，2009，43（7）：77-79.
[5]刘云志，罗冬初.带T型槽导轨零件的数控加工[J].机械制造，2014，52（3）：1117-1119.
[6]陈银清，冯旭强.旋转类零件槽表面的数控加工工艺探讨[J].煤矿机械，2009，30（7）：100-102.
【关键词】数控加工；异形槽零件；加工分析
槽类零件由圆弧、圆孔、凹槽、凸台等组成根据此特点需要的工具也分为钻头、铣刀、镗刀。槽类零件分为2大类，直槽形和异形槽。异形槽零件的轮廓多为孔、圆弧等。轴类零件有较高的精度要求，所以在加工前要了解零件在整个产品中的作用、零件的形状、自身的结构和使用机床的性能，然后设计出零件的工业加工过程，对零件的质量和生产过程具备重要的意义。
1.关于异形槽零件加工里技术环节失败的实例分析
以图1的零件为例子，该零件之前的废品加工率一直很高。主要的技术参数如下，环槽尺寸距离公差尺寸出现的偏差值为（+0.04mm），圆柱出现的偏差值为（0.02mm），公差的偏离容易导致最后的结果出现超差，必须有合理科学的设计才能保证加工工艺的品质。
（1）做好定位加工，并对比加工前后的检测结果。所以前后的检测一定要用相同的基准面和相同的测量工具，整个过程中对前后参数的记录一定要仔细，因为这个数据是找出加工零件加工不成功因素的重要参考。判断这种加工误差是来自于机床加工误差还是失效加工误差。
（2）对异形槽零件进行切削时，工件的装夹情况如图2所示。通过对当前的定位夹紧分析，得知工件的安装是合理的。工人在进行操作时，必须保证夹具定位面及工作表面的清洁，在对零件进行切削加工后，在机体上检测检测零件的尺寸精度及圆柱结果均为合格。随后将零件从机床夹具卸下后再进行检测，这是发现多个异形零件尺寸公差和形位公差出现了超差情况。剩下的极少数合格零件经过几天的存放和各个部门的周转，也出现了超差而导致了报废。
（3）引起的误差原因的分析：从机床卸下零件后出现了尺寸公差和形位公差，追究原因是该零件进行热加工处理后用软三爪自定心卡盘夹紧后进行切削的，由于零件的自身很薄，被夹紧的时候容易发生弹性变形，弹性变形后造成零件的加工后端不平整。在切削工序时，该零件会以该端面作为轴定位再次加紧，造成零件的两端在缺乏弹性的情况下向夹具的端面贴紧。得出的结论是，在夹紧力的压力造成加工零件弹性变形的条件下进行切削工序，当夹紧力消除后，弹性变形得到恢复，造成异形零件的尺寸和形状出现改变，造成加工零件的数据超差从而报废。
（4）剩下的合格工艺零件，在随部分工件周转使用的过程中，没有得到合理的时效安排处理，以至于在存放数周后超差报废。究其原因是加工零件在经过高温处理后，零件内仍然有具有较高的内应力，成型后随其他的部件进行加工，导致其残留的应力重新分布，造成之前原本合格的异形零件发生变形最后工件报废。
（5）得出来的结论是，工件加工后发生变形主要由这两大因素构成，一是因为其本身为不规则的薄壁型，二是在零件经过高温处理后，因为其内应变力（含热应力和材料组织应力）的存在。即使按照正常的加工程序，但是其中任何一环不合理都会导致工件的报废。因此，本文综合考虑和分析对异形槽零件加工工艺细节上的因素。如对材料的选择上、异形零件自身的特点、切削过程等，之后对加工工序进行了合理的工序安排。以求最大化的减少工件的内应力，控制零件变形的数量，提高零件的整体质量。
2.异形槽类零件具备怎样的特点
异形槽零件通常壁厚程度从0.5mm到1.1mm不等，究其原因是形状尖角分布广泛，造成了应力的集中，极容易产生裂纹和内裂变力[2-4]。这种零件在加工过程中，经过一系列的切削振动、工装夹具和灼热加工后，残余应力经过重新分布难以避免的会发生变形外，在各个加工工序之间流转存放的过程中，零件的残余应力也会受存放环境的影响（如温度，空气湿度等）而发生形状、尺寸上的变化，会造成工中的成品率不高。
3.对异形槽类零件加工工艺的分析
3.1零件图工艺的分析
零件图可以直观的反应出零件的性能，用途和工作条件[5]。让人对零件与产品中的相互关系和作用一目了然。是设计工艺的理论基础，因此，零件的工艺图应具备以下几个条件：（1）零件图具有完整性和正确性，符合国家标准，有完整的尺寸和相关的技术标注。如清楚的显示点、线、面之间的平行或相交的关系。画图的过程中可以用cad软件作为辅助工具，以求达到最直观清晰的构图效果。（2）关于尺寸标注方法的要求：在零件图上尺寸标注分为分散法和集中法。通常采用的是集中标注，有利于直观的向编制的程序提供数据。
3.2针对材料的选择
有些零件刚完工的时候是合格的，到整体装配的环节就出现超出范围的松动或难以装配，或者无法装配的情况。有些可以装配但是使用没多久就出现裂痕等情况。导致产品的使用寿命大大缩短。针对这一情况，对加工中出现损坏的材料进行抽样检查，发现在碳钢材料中，所含的S，P比值较高，导致的脆性变大，对加工过程的冷热变化十分敏感。因此，要提高成品加工的成功率，延长零件的最佳使用年限。就要在零件的选材上多下功夫，选择的材料必须符合如下几个特性：（1）材料表面实耐磨，具有良好的延伸性。（2）材料的内部必须具备良好的韧性和可塑性，且耐受性强。（3）因为异形零件工作介质很特殊，最好是选用渗碳合金钢（12CrNi4）q且含碳量要低于0.25。才能保证经过高温处理后，材料的内部仍具有良好的韧性，因为有碳的渗透而达到表面的硬度。Cr，Ni是为了提高材料的淬透性。
4.异形槽类零件加工过程中对刀具的选择
4.1对加工刀具的分类
槽类零件的加工刀具主要分为铣刀、镗刀两大类[6]，根据不同的加工阶段要使用不同的刀具：
（1）在自由啮面的粗加工和半精加工阶段，首先选择铣刀，因为它具有优质的切削质量和效率。 （2）如果对自由曲面进行精加工的时候该选用球头刀，因为该刀的切削速度慢，切削的行距够密。
（3）如果是粗精加工，即使是相同尺寸和规格的刀具，都要分开使用。一般情况下，尽量使用一把刀具完成所有的加工部位。
4.2异形类零件加工过程中对刀具的用法
（1）粗加工时螺旋进刀方式应控制在5度到10度之间，进刀量的径向不允许超过刀具直径的5%-8%，深度进给量要控制在刀具直径的5%。
（2）半精加工阶段，由于零件的层间距离较小，要防止切削时刀具直接下沉到下个切削面，不要过切，要满足等量的切削原则。
（3）粗加工和半精加工阶段，为实现较高的表面加工质量和切削效率，要配合使用UG软件的manufacturing模块里的cavity—mill铣削方式，其参数设定为，切削水平选bcal Depth per Cut为2mm，将Stepover的too diameter调整为55%。刀具则选用硬质合金双刃立式平底铣刀。
（4）精加工阶段，选用优质合金球头刀为刀具；对比曲面的最大面，分为正反方向两组，刀轨走向尽可能的沿着最长轮廓线的方向；因为球头刀刀心速度为0，不属于切削而是削磨，所以加工时刀轴需要与零件底面保持不超过20度的倾斜，减少这样可以避免刀尖对加工零件的磨损；根据零件不同曲面的特点，可以用Cavity—mill中Ar.ea Milling、Surface Area、Boundar来进行加工。
5.切削加工中对切削液的选择
切削加工中要使用切削液，切削液具备四大性能，冷却性能，润滑性能，清洗性能，防锈性能。在切削过程中切削液可以降低刀具与加工表面的摩擦，减少刀具的磨损，提高加工表面的光滑性。切削液也根据其性能也分为三个种类，切削油，乳化液，水溶液。水溶液其主要成分由水构成，无粘稠的透明质感，方便操作者观察，冷却性能好。其缺点是容易令金属零件生锈，润滑性能差。乳化液外观呈透明或者乳白色，是由乳化剂、添加剂和植物油膏加水稀释而成，冷却润滑、效果不错但是含水量大，容易让金属钝化。
6.异形槽零件钻中心孔时要注意的问题
钻中心孔是异形槽类零件加工中十分细节却又极其重要的一环，对异形槽零件的加工工艺的品质起到决定性的作用，因此，在异形槽加工过程中，应注意如下几个问题。
6.1防止中心钻的折断
（1）中心钻一定要对准加工零件的回转中心，加工零件的末端要车平，不能留有凹头，否则容易造成中心钻偏斜，不能准确定钻心而折断。（2）切削时候要严格控制切削用量。（3）不能使用磨后的中心钻强行钻入。（4）要保证中心钻的清洁，及时清除中心钻上的切屑和浇注切削液。
6.2防止中心钻孔钻的不圆或钻偏
（1）要及时矫正出现弯曲的加工零件2.保证装夹工具有良好的夹紧力，防止因夹紧力不足而引起的钻中心孔时加工零件的移位。且在钻孔时注意，中心孔不宜钻的太深，否则在工件夹装时不能与中心孔的钻孔贴合，避免中心钻孔修膜后圆柱部分的长度过短，不然在装夹时，容易造成装夹尖端与中心孔底的接触。
7.在热处理过程中需注意的问题
正确的高温的处理方法对后来的切削加工质量有着决定性的作用，金属的组织成分不同在加热处理中会呈现出不同的组织特性，当含碳量不足0.25%时，金属的切削加工性能也随着碳含量的变化而变化，如果有大量的铁素体在回火状态下出现，那么说明该金属的延展性很好。因为渗碳合金钢（12CrNi4A）具有含碳量低的优势，经过渗碳后冷却，然后通过金属加热处理后再低温回火，从而形成柔韧性和强度的完美融合。大部分的异形槽类零部件加工过程中，都是先经过加热处理及回火后再进行磨削工作，通过磨削加工达到所追求的良好机械性能。工件采用半自动或自动机床加工时高效率成批生产，只有经过科学的热处理工艺方法，有效的降低了磨削时“烧伤”或形成“磨削裂纹”的概率，保证了零件经过精磨后，还能维持有较高的光洁程度。因此，正确选定合理的热处理工艺方法是优质切削的基础。
8.结束语
综上所述，通过对异形槽类零件在选材和自身特性上诸多因素的分析，强调了对加工工艺环节中需要注意的问题，提出了进一步改善异形槽类零件加工成品率的要点和发展趋势，将成品的合格率提升到了85%到99.8%，产品的使用年限较以往增加了9成，降低了机械能耗，节约了成本，同时保证了加工的工期。大幅度的减低员工做返工的概率，减少员工的劳动力，也为机械行业的加工提供了相关的经验，创造了可观的经济价值。
【参考文献】
[1]肖尧先，聂秋根，柯映林等.复杂槽形槽筒数控加工编程技术[J].中国机械工程，2001，12（z1）：29-31.
[2]董炳洪.凹凸槽零件的数控加工[J].CAD/CAM与制造业信息化，2009，10（4）：182-184.
[3]张文俊，朱晓丽.异形槽零件的数控加工研究[J].机械工程与自动化，2014，11（6）：123-124.
[4]王亚辉.平面槽形凸轮零件的数控加工[J].工具技术，2009，43（7）：77-79.
[5]刘云志，罗冬初.带T型槽导轨零件的数控加工[J].机械制造，2014，52（3）：1117-1119.
[6]陈银清，冯旭强.旋转类零件槽表面的数控加工工艺探讨[J].煤矿机械，2009，30（7）：100-102.