淺析走心機(jī)產(chǎn)品傳動軸的加工與制造

段 祥

（蘇州微創(chuàng)關(guān)節(jié)醫(yī)療科技有限公司，江蘇蘇州 215000）

1 工藝方案

1.1 產(chǎn)品介紹

傳動軸作為醫(yī)療器械電動工具中的主要配件，起傳動與支撐作用。醫(yī)療器械電動工具屬于高精密產(chǎn)品，對啟動、高速旋轉(zhuǎn)、剎車時傳動軸的穩(wěn)定性與晃動要求較高，所以傳動軸的尺寸與形位公差較嚴(yán)（圖1）。傳動軸零件圖紙尺寸標(biāo)注完整，表面由圓柱、順圓弧、逆圓弧、槽、孔、螺紋等特征組成，零件材料為17-4PH 不銹鋼，最大直徑14 mm、最大長度85.9 mm，內(nèi)孔為貫通孔，多處關(guān)聯(lián)尺寸有形位公差要求，前后有2 處螺紋，產(chǎn)品有熱處理和硬度要求，后端材料去除較多需要考慮變形影響。

圖1 電動工具傳動軸零件

1.2 確定加工方法

加工方法的選擇原則是保證加工表面的加工精度和表面粗糙度的前提下，盡可能提高加工效率。考慮到本零件為大批量生產(chǎn)，尺寸精度要求高，因而在實際選擇時，要結(jié)合零件的形狀、尺寸和形位公差等要求全面考慮。

（1）常規(guī)加工工藝路線：①鋸床（工時2 min）—②深孔鉆（工時3 min）—③車床（2 次裝夾，工時12 min）—④加工中心（工時15 min）。在鋸床下料后，先進(jìn)行深孔加工，然后通過車床修整同心度與相關(guān)形位公差尺寸，加工時需要考慮到產(chǎn)品的變形因素，加工中心加工時工裝夾具需要保證產(chǎn)品分度與相位要求。

（2）走心機(jī)加工工藝路線：走心機(jī)（工時25 min）。變形與加工時間是影響此工件是否可以在走心機(jī)一步加工到位的關(guān)鍵因素，將該工件相關(guān)特征分主軸與副軸同時加工，時間上可以節(jié)約8 min 左右，所以從加工效率和經(jīng)濟(jì)性考慮，最理想的加工方式為走心機(jī)一步加工，關(guān)鍵尺寸使用刀塔刀具分粗、精加工，可消除變形影響。選用西鐵城M32 走心機(jī)，該設(shè)備具備主、副軸分度功能，有可轉(zhuǎn)位刀塔，刀具數(shù)量可安裝30 把以上，配備自動送料機(jī)，可實現(xiàn)零件自動化生產(chǎn)。

1.3 確定加工方案

該零件坯料選擇Φ15 mm×2997 mm 棒料，機(jī)床配備自動送料機(jī)，外接高壓油泵。高壓油可實現(xiàn)排屑、降溫功能，為減少油煙，將壓力控制在8 MPa，在加工時對內(nèi)冷鉆頭、外圓大切深切削提供幫助。

1.4 產(chǎn)品加工順序

（1）主軸加工工藝路線：①車端面—②內(nèi)孔中心鉆—③內(nèi)孔鉆加工—④外圓粗加工—⑤外圓平面銑削—⑥外圓刀排與刀塔并列車削加工—⑦外螺紋加工—⑧二次外圓刀排與刀塔并列車削加工—⑨精修外圓（保證0.15 mm 尺寸穩(wěn)定性）—⑩背軸接料—主軸切斷。

（2）背軸加工工藝路線：①車端面—②內(nèi)孔倒角—③粗加工外圓—④銑削外鍵槽—⑤銑削內(nèi)鍵槽—⑥銑削T 形槽—⑦精加工外圓—⑧加工外螺紋—⑨機(jī)械手接料。

2 加工準(zhǔn)備

2.1 原材料要求

根據(jù)產(chǎn)品圖紙要求選擇17-4Ph 不銹鋼，參照圖紙要求加工精度，選擇直徑Φ（15±0.013）mm 的精光棒料，直線度為1 m≤0.3 mm，長度為（2997.2±1.0）mm，兩端倒角表面光滑無劃痕。

2.2 走心機(jī)夾頭的選擇

在走心機(jī)零件的加工準(zhǔn)備中，首先確定主軸、導(dǎo)套、背軸及送料機(jī)夾頭的型號規(guī)格。主軸夾頭一般與棒料直徑尺寸一致，導(dǎo)套與材料配合間隙不超過0.02 mm，選定導(dǎo)套時需要考慮到棒料的直徑公差是上公差還是下公差。公制棒料一般采用的是下公差，而英制材料多采用上公差。背軸夾頭可分為普通夾頭與加長夾頭，槽形有三瓣式、四瓣式、S 槽等。根據(jù)加工零件的特點，考慮到背軸加工銑削特征時避免刀具干涉，選擇加長背軸夾頭，用于增加零件的加工剛性。送料機(jī)夾頭與主軸夾頭、導(dǎo)套都選用直徑Φ15 mm 規(guī)格，背軸夾頭為直徑Φ8.4 mm、加長15 mm，夾緊力設(shè)定為0.6～0.8 MPa，導(dǎo)套間隙調(diào)整為0.005～0.01 mm。

2.3 機(jī)床加工參數(shù)設(shè)定

數(shù)控機(jī)床在加工之前需設(shè)定機(jī)床參數(shù)，走心機(jī)機(jī)床也需要對材料外徑、退刀與換刀安全點、切斷時轉(zhuǎn)速與切斷刀位、加工長度等進(jìn)行設(shè)定。此機(jī)床切斷加工是在操作界面獨立操作，不同于津上機(jī)床使用M 代碼在程序開頭進(jìn)行切料頭加工。

由于該零件為大批量生產(chǎn)，需要較短的換刀時間以提升加工效率。換刀安全點設(shè)置為5 mm，切斷刀號為固定刀位1#刀位，刀寬3 mm，刀桿為16 mm×16 mm，因為材料為不銹鋼材料，所以切斷刀的R 角為0.2 mm，可提升刀具使用壽命。固定刀位是產(chǎn)品快速換型中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，當(dāng)換型頻繁時固定刀位可節(jié)約換型時間。由于切斷時機(jī)床為恒定轉(zhuǎn)速，材料直徑為Φ15 mm，將切斷轉(zhuǎn)速設(shè)定為2000 r/min，進(jìn)給為每轉(zhuǎn)0.03 mm。從背軸夾頭的選擇中，已知夾持長度為加長15 mm、零件長度為85.9 mm，所以背軸夾持后伸出長度設(shè)定為60 mm。

2.4 工件坐標(biāo)系

西鐵城M32 是雙主軸加工，需要設(shè)定2 個坐標(biāo)系，分別為主軸坐標(biāo)系與背軸坐標(biāo)系，主軸坐標(biāo)系可以通過試切法來建立。走心機(jī)材料處于自動送料狀態(tài)，切斷刀處于第1 刀位，用以頂住材料，當(dāng)運(yùn)行程序自動加工時，在程序開始首先要運(yùn)行建立工件坐標(biāo)系指令。一般通過2 種坐標(biāo)差來進(jìn)行設(shè)定，區(qū)別在于左切斷刀具還是右切斷刀具。當(dāng)使用3 mm 切斷刀片時，代碼“G50 Z0.”表示右切斷刀具，代碼“G50 Z13.”表示左切斷刀具。對于此產(chǎn)品而言，兩種切斷刀具都能滿足加工要求，為了保持產(chǎn)品加工剛性，此款產(chǎn)品選擇右切斷刀具。背軸坐標(biāo)系設(shè)定相對簡單，以背軸夾頭伸出長度來定義Z 向0 點。

2.5 刀具對刀

數(shù)控機(jī)床上，目前常用的對刀方法為手動試切對刀。當(dāng)在機(jī)器上安裝刀具時，需要將刀具的刀尖位置（切削點）與被設(shè)定的基準(zhǔn)點保持一致進(jìn)行安裝。如果刀具的刀尖位置與基準(zhǔn)點不同，加工后的產(chǎn)品尺寸將會與在程序中所指令的尺寸有所不同。另外在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，材料或產(chǎn)品和刀具可能發(fā)生干涉，需要調(diào)整刀具徑X 軸方向、芯Y 軸方向和縱向Z 軸方向的安裝。

雖然芯調(diào)整不會對產(chǎn)品尺寸產(chǎn)生直接影響，但會給產(chǎn)品的表面精度和刀具的使用壽命帶來一定的影響，因此需要正確進(jìn)行芯的調(diào)整。當(dāng)通過程序選擇進(jìn)行程序變更或加工數(shù)據(jù)的刀架被變更時，需根據(jù)刀具調(diào)整數(shù)據(jù)（徑、芯和縱向）的需要，對數(shù)值進(jìn)行變更。

2.6 裝夾方式

M32 走心機(jī)機(jī)床的裝夾方式為送料機(jī)導(dǎo)向并傳輸棒料，機(jī)床主軸與棒料同規(guī)格直徑夾頭夾緊后穿過導(dǎo)套，導(dǎo)套的配合方式為過渡配合，導(dǎo)套不配備電機(jī)，旋轉(zhuǎn)方式為皮帶傳動，與主軸轉(zhuǎn)數(shù)同步。

3 刀具、切削用量及編程

3.1 選擇數(shù)控刀具的原則

刀具壽命與切削用量有密切關(guān)系。在制定切削用量時，應(yīng)首先選擇合理的刀具壽命，而合理的刀具壽命則應(yīng)根據(jù)優(yōu)化的目標(biāo)而定。一般分最高生產(chǎn)率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種，前者根據(jù)單件工時最少的目標(biāo)確定，后者根據(jù)工序成本最低的目標(biāo)確定。

3.2 確定切削用量

數(shù)控編程時，編程人員必須確定每道工序的切削用量，并以指令的形式寫入程序中。切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速、背吃刀量及進(jìn)給速度等。對于不同的加工方法，需要選用不同的切削用量。切削用量的選擇原則是：保證零件加工精度和表面粗糙度，充分發(fā)揮刀具切削性能，保證合理的刀具耐用度，并充分發(fā)揮機(jī)床的性能，最大限度提高生產(chǎn)率、降低成本。

3.3 零件編程加工

西鐵城M32 走心機(jī)機(jī)床使用的編程系統(tǒng)為三菱系統(tǒng)，所用模式為三系統(tǒng)加工編程模式，由G600 自由加工模式、G610 刀排與刀塔交替加工模式、G620 刀排與刀塔并列加工模式、G630 刀排與背軸并列加工模式等，以及G640 主軸、刀塔、背軸三軸同步加工模式、G650 同步接料加工模式組成。主軸刀排粗加工外圓刀與刀塔精加工外圓刀使用G620 并列加工模式加工時，使用等待指令，使粗加工刀具給精加工刀具留有Z 向3～5 mm 余量，同轉(zhuǎn)速切削原材料由Φ15 mm 加工到Φ7 mm，只需一次走刀。

4 總結(jié)

采用走心機(jī)加工精密軸類零件，能夠提高產(chǎn)品加工效率，減少加工工序。走心機(jī)屬于精密加工設(shè)備，單側(cè)軸能夠?qū)崿F(xiàn)三軸聯(lián)動、四軸聯(lián)動，配置B 軸走心機(jī)設(shè)備可進(jìn)行五軸聯(lián)動復(fù)合加工，可單工序完成車削、銑削、鉆削、鏜削、攻絲、沖加工、滾壓與雕刻加工等復(fù)合加工，同時配備自動送料機(jī)實現(xiàn)原材料自動上下料的批量生產(chǎn)加工。