细长类零件的加工方法

描述：细长轴类零件在车削加工过程中容易产生弯曲变形。文中分析了引起弯曲变形的因素，并从加工方法的运用、刀具的选择、切削用量、冷却液等几方面介绍了提高加工精度的措施。摘要：细长轴类零件在车削加工过程中容易产生弯曲变形。文中分析了引起弯曲变形的因素，并从加工方法的运用、刀具的选择、切削用量、冷却液等几方面介绍了提高加工精度的措施。1前言细长类零件（工件的长度与直径之比大于25）在车削时，刚性差，热变形大，在加工中工件自重、变形、振动等因素都影响工件加工的尺寸精度和形位精度，较难保证加工质量。当用较高的切削速度加工细长轴（工件的长度与直径之比大于100）时，则加工难度更大。2引起细长轴产生弯曲变形的因素车削细长轴类零件采用的装夹方式主要有两种：一种方式是细长轴的一端用卡盘夹紧，另一端用车床尾架顶尖支承（一夹一顶）；另一种方式是细长轴的两端均由顶尖支撑（双顶尖）。本文主要分析一夹一顶的装夹方式。在车削时引起细长轴弯曲变形的因素主要有：（1）切削力产生变形的影响在车削过程中，产生的切削力可以分解为轴向切削力、径向切削力。由于细长轴的刚性较差，径向切削力将把细长轴顶弯，使其在水平面内发生弯曲变形。轴向切削力使工件产生一个弯矩。一般的车削加工，轴向切削力对工件弯曲变形的影响并不大，可以忽略。但是由于细长轴的刚性较差，其稳定性也较差，当轴向切削力超过一定数值时，将会把细长轴压弯而发生纵向弯曲变形。（2）切削热产生的影响车削加工产生的切削热，会引起工件伸长。由于在车削过程中，卡盘和尾架顶尖都固定不动，两者之间的距离是固定的。这样细长轴受热后伸长受到限制，会导致细长轴受到轴向挤压而产生弯曲变形。（3）工件自重变形而加剧工件的振动，影响加工精度和表面质量。（4）工件转速高时，离心力的作用，加剧了工件的弯曲和振动。3提高细长轴加工精度的措施在细长轴加工过程中，为提高其加工精度，要根据生产条件，采取相应的措施，以提高细长轴的加工精度。3.1选择合适的装夹方法在车床上车削细长轴采用的两种装夹方式中，采用双顶尖装夹，工件定位准确，容易保证同轴度。但用该方法装夹细长轴，其刚性较差，细长轴弯曲变形较大，而且容易产生振动.因此只适宜于安装长度与直径比不大、加工余量较小、同轴度要求较高的工件。加工细长轴通常采用一夹一顶的装夹方式。但是在该装夹方式中，如果顶尖顶得太紧，除了可能将细长轴顶弯外，还能阻碍车削时细长轴的受热伸长，导致细长轴受到轴向挤压而产生弯曲变形。另外卡爪夹紧面与顶尖孔可能不同轴，装夹后会产生过定位，也能导致细长轴产生弯曲变形.因此采用一夹一顶装夹方式时，顶尖应采用弹性活顶尖，使细长轴受热后可以自由伸长，减少其受热弯曲变形；同时可在卡爪与细长轴之间垫入一个开口钢丝圈，以减少卡爪与细长轴的轴向接触长度，消除安装时的过定位，减少弯曲变形。3.2直接减少细长轴受力变形（1）采用中心架和跟刀架采用一夹一顶的装夹方式车削细长轴，为了减少径向切削力对细长轴弯曲变形的影响，传统上采用跟刀架和中心架，相当于在细长轴上增加了一个支撑，增加了细长轴的刚度，可有效地减少径向切削力对细长轴的影响。（a）用中心架支承车削细长轴一般在车削细长轴时，用中心架来增加工件的刚性，当工件可以进行分段切削时，期刊论文中心架支承在工件中间，如图1所示。在工件装上中心架之前，必须在棒料中部车出一段支承中心架支承爪的沟槽，其表面粗糙度及圆柱误差要小，并在支承爪与工件接触处经常加润滑油。为提高工件精度，车削前应将工件轴线调整到与机床主轴回转中心同轴。当车削支承中心架的沟槽比较困难或一些中部不需加工的细长轴时，可用过渡套筒，使支承爪与过渡套筒的外表面接触，过渡套筒的两端各装有四个螺钉，用这些螺钉夹住棒料表面，并调整套筒外圆的轴线与主轴旋转轴线相重合。（b）用跟刀架支承车削细长轴对不适宜调头车削的细长轴，不能用中心架支承，而要用跟刀架支承进行车削，以增加工件的刚性。跟刀架固定在床鞍上，一般有两个支承爪，它可以跟随车刀移动，抵消径向切削力，提高车削细长轴的形状精度和减小表面粗糙度，图2（a）所示为两爪跟刀架，因为车刀给工件的切削抗力，使工件贴在跟刀架的两个支承爪上，但由于工件本身的向下重力，以及偶然的弯曲，车削时会瞬时离开支承爪，但接触支承爪时会产生振动。采用三爪中心架比较理想，如图2（b）所示。此时，由三爪和车刀抵住工件，使之上下、左右都不能移动，车削时稳定，不易产生振动。（2）垫块除跟刀架装置外，还可根据工件长度，在工件下面垫放不等距的木块（在切削中随放随取，保证拖板正常进给），木块直接垫放在床身上其厚度以能轻微托牢工件为宜，木块制成半圆弧凹坑，运行时要加机油润滑。垫块还具有消振作用，如图3所示。3.3采用反向切削法车削细长轴反向切削法是指在细长轴的车削过程中，车刀由主轴卡盘开始向尾架方向进给。这样在加工过程中产生的轴向切削力使细长轴受拉，消除了轴向切削力引起的弯曲变形。同时，采用弹性的尾架顶尖，可以有效地补偿刀具至尾架一段的工件的受压变形和热伸长量，避免工件的压弯变形。3.4使用旋风刀车削细长丝杠类零件车削丝杠时，容易发生振动，使工件变形。旋风刀切削丝杠具有切削速度快，生产效率较高，加工表面粗糙度好，不会产生“扎刀”现象等优点。但加工多头丝杠时分度比较麻烦。3.5刀具的几何参数的合理选择刀具几何参数的合理选择，常常是实现稳定切削的简便方法。3.5.1一般车削时刀具角度的选择（1）前角对振动有影响，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20，精车时取25。（2）主偏角对振动强度有一定的影响，当切削深度和进给量不变时，随着主偏角的增大，振幅逐渐减小，这是因为径向切削力减小了，同时实际切削宽度将减小。在粗车削细长轴时取7580，精车时取8590的刀具进行切削，可避免或减小振动。（3）后角通常对切削稳定性无多大影响，但后角减小到23时，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）刀尖圆弧半径增大时，径向分力随之增大，为避免自振，刀尖圆弧半径越小越好。但随着刀尖圆弧半径的减小，将使刀具寿命降低，同时也不利于表面粗糙度的改善。故加工时，断屑槽宽度取1.53mm，刀尖圆弧半径0.5mm。3.5.2多刃车刀加工硬度不高细长轴类零件用单刀加工细长轴时，若提高转速，降低进给量，则工件表面粗糙度降低，但工件易变形弯曲。若转速低、进给量小，则加工效率低。转速低，进给量小则表面粗糙度高，跟刀架磨损大，工件易出现竹节、多边形等。影响工件质量和生产效率。运用细长轴多刃车刀，克服了细长轴加工的困难。3.6合理选择切削量（1）切削深度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。（3）切削速度提高切削速度有利于降低切削力。（下转第61页）（上接第37页）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。工件的长度/直径较大时，切削速度要适当降低。3.7使用冷却液充分冷却车削产生的热量越高，零件的变形量越大。因此，必须有效控制零件温升。采用冷却液对加工工件进行充分冷却、润滑，吸收切削产生的热量，改善刀具与工件的摩擦情况，降低切削热、减小热变形和刀具磨损，从而提高加工精度。4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。由于细长轴车削时产生的变形较大，加工质量难于保证。通过采用合适的装夹方式和先进的加工方法，选择合适的刀具和切削用量等措施，可以保证细长轴的加工质量要求。