车削加工细长轴的方法研究

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　　摘要: 从细长轴车削加工的特点入手,着重研究和探讨在细长轴车削加工中,车刀主要几何参数的选择、切削用量三要素的选择,以及车削细长轴经常遇到的问题的处理方法,这对生产实践具有很好的指导作用。
　　关键词: 细长轴;几何参数;切削用量;解决办法
　　中图分类号:TG5文献标识码:A文章编号:1671-7597(2010)0610049-01
　　
　　1 细长轴的加工特点
　　所谓细长轴是指轴的长径比l/d≥20 的轴,当l/d≥100时则称为细长杆。细长轴加工特点:
　　1)刚性差细长的工件由于自重下垂,高速旋转时受到离心力、车削时受到切削力都极易使其产生弯曲变形。工件弯曲越大,车削时振动越大,表面质量精度也越难以保证。
　　2)热变形大细长轴车削时热扩散性差、线膨胀大,当工件两端顶紧时易产生弯曲变形。
　　3)加工疵病多在细长轴加工的整个工艺过程中,要求操作者技术水平高,操作细心,如某一加工环节处理不当,就容易产生问题,如径向跳动、弯曲及产生竹节、波纹、锥度等加工疵病。因此,在车削细长轴时,对机床的调整、辅具的应用、刀具、切削用量等都提出了较严格的要求。
　　2 具体措施
　　2.1 使用中心架或跟刀架
　　1)使用中心架支承车细长轴。中心架直接支承在工件中间 当工件可以分段车削时,中心架支承在工件中间,这样支承,L/d值减少了一半,细长轴车削时的刚性可增加好几倍。在工件装上中心架之前,必须在毛坯中部车出一段支承中心架支承爪的沟槽,表面粗糙度及圆柱度误差要小,否则会影响工件的精度。车削时,中心架的支承爪与工件接触处应经常加润滑油。为了使支承爪与工件保持良好的接触,也可以在中心架支承爪与工件之间加一层砂布或研磨剂,进行研磨抱合。
　　2)用过渡套筒支承车细长轴。用上述方法车削支承承中心架的沟槽是比较困难的。为了解决这个问题,可加用过渡套筒的处表面接触。过渡套筒的两端各装有四个螺钉,用这些螺钉夹住毛坯工件,并调整套筒外圆的轴线与主轴旋转轴线相重合,即可车削。
　　3)使用跟刀架支承车细长轴。跟刀架固定在床鞍上,一般有两个支承爪,跟刀架可以跟随车刀移动,抵消径向切削时可以增加工件的刚度,减少变形。从而提高细长轴的形状精度和减小表面粗糙度。跟刀架的设计原理来看,只需两只支承爪就可以了,因车刀给工件的切削抗力,使工件贴住在跟刀架的两个支承爪上。但是实际使用时,工件本身有一个向下重力,以及工件不可避免的弯曲,因此,当车削时,工件往往因离心力瞬时离开支承爪、接触支承爪而产生振动。如果采用三只支承爪的跟刀架支承工件一面由车刀抵住,使工件上下、左右都不能移动,车削时稳定,不易产生振动。因此车细找轴时一个非常关键的问题是要应用三个爪跟刀架。
　　2.2 减少工件的热变形伸长
　　车削时,由于切削热的影响,使工件随温度升高而逐渐伸长变形,这就叫“热变形”。在车削一般轴类时可不考虑热变形伸长问题,但是车削细长轴时,因为工件长,总伸长量长,所以一定要考虑到热变形的影响。由于工件一端夹住,一端顶住,工件无法伸长,因此只能本身产生弯曲。细长轴一旦产生弯曲后,车削就很难进行。减少工件的热变形主要可采取以下措施:1)使用弹性回转顶尖。用弹性回转顶尖加工细长轴,可有较地补偿工件的热变形伸长,工件不易弯曲,车削可顺利进行。2)加注充分的切削液。车削细长轴时,不论是低速切削还是高速切削,为了减少工件的温升而引起热变形,必须加注切液充分冷却。使用切削液还可以防止跟刀架支承爪拉毛工件,提高刀具的使用寿命和工件的加工质量。3)刀具保持锐利。以减少车刀与工件的摩擦发热。
　　2.3 合理选择车刀几何形状
　　刀具几何参数的合理选择,常常是实现稳定切削简便而行之有效的方法。
　　1)前角r0。前角r0对振动的影响,随着前角的增大,振动随之下降,但在切前速度较高的范围内,前角对振动的影响将减弱。由于细长轴车削速度一般不会太高,故此在粗加工中取r0=20°,精车时取r0=25°。
　　2)主偏角Kr。主偏角Kr对振动强度的影响,当切削深度和进给量不变时,随着主偏角的增大,振幅将逐渐减小,这是因为径向切削力减小了,同时实际切削宽度aw将减小。在粗车削细长轴时取Kr=75～80°,精车时取Kr=85～90°的刀具进行切削,可避免或减小振动。
　　3)后角a0。一般来说,后角对切削稳定性无多大影响,但当后角减小到2～3°时,使振动有明显的减弱,在生产中也发现,后刀面有一定程度的磨损后,会有显著的减振作用。
　　4)刀具圆弧半径rs。刀尖圆弧半径rs增大时,径向分量力随之增大,为避免自振rs越小越好。但随rs的减小,将会使刀具寿命降低,同时也不利于表面粗糙度的改善。故加工时,断屑槽宽度取R1.5～3,刀尖圆弧r=0.5。
　　2.4 合理选择切削用量
　　1)切削深度(t)。在工艺系统刚度确定的前提下,随着切削深度的增大,车削时产生的切削力、切削热随之增大,引起细长轴的受力、受热变形也增大。因此在车削细长轴时,应尽量减少切削深度。
　　2)进给量(f)。进给量增大会使切削厚度增加,切削力增大。但切削力不是按正比增大,因此细长轴的受力变形系数有所下降.如果从提高切削效率的角度来看,增大进给量比增大切削深度有利。随着数控技术的不断创新和突破,五轴加工被越来越多的行业所采用,如航空航天、电力、船舶、高精密仪器、模具制造等。然而,自动编程软件在五轴加工技术中起关键性作用,因为刀具轨迹的工艺排布、刀具夹头与工件或与工装夹具之间的干涉检查、毛坯残留量的识别,都由软件自动考虑,编程人员是无法通过计算来实现的,他们只是根据经验进行切削参数的优化,来得到更合理更有效的加工轨迹。
　　3)切削速度(v)。提高切削速度有利于降低切削力。这是因为,随着切削速度的增大,切削温度提高,刀具与工件之间的摩擦力减小,细长轴的受力变形减小。但切削速度过高容易使细长轴在离心力作用下出现弯曲,破坏切削过程的平稳性,所以切削速度应控制在一定范围。对长径比较大的工件,切削速度要适当降低。
　　3 结论
　　细长轴的车削加工是机械加工中比较常见的一种加工方式。由于细长轴刚性差,车削时产生的受力、受热变形较大,很难保证细长轴的加工质量要求。通过采用合适的装夹方式和先进的加工方法,选择合理的刀具角度和切削用量等措施,可以保证细长轴的加工质量要求。
　　
　　
　　参考文献:
　　[1]劳动和社会保障部教材办公室组织编写,车工工艺学,中国劳动社会保障出版社,2005.6.
　　[2]王先逵,机械制造工艺学[M].北京:机械工业出版社,2006.

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