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细长轴车削加工技术研究

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细长轴车削加工技术研究 【摘 要】通过分析细长轴的特点及细长轴加工有可能出现的工 艺问题,找到改进方法,给出解决问题的具体方法。 【关键词】细长轴;变形;消除方法 长度与之直径比大于 20~25(即 l/d≥20~25)的轴称之为细 长轴。在车削过程中横置的细长轴很容易弯曲甚至失稳产生工艺系 统振动,影响零件的粗糙度。同时细长轴的弯曲变形破坏了刀具和 零件相对运动的准确性,使加工出来的细长轴产生中间粗、两头细 的形状,严重影响零件的加工精度.致使工件的形位公差精度和表 面粗糙度较难达到图纸要求。 一、细长轴的加工特点 (一)车削时产生的径向切削力会使工件弯曲,引起振动,影 响加工精度和表面粗糙度。 (二)工件的自重、变形和振动,会影响工件圆柱度和表面粗 糙度。 (三)工件高速旋转时,在离心力的作用下变形,加剧了工件 的弯曲和振动。 (四)产生的切削热会导致工件轴向伸长变形,使工件发生弯 曲,影响加工质量 二、车削细长轴产生弯曲变形的因素分析 (一)切削力导致变形 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 削力及切向切削力。不同的切削力对车削细长轴时产生弯曲变形的 影响是不同的。轴向切削力是*行作用在细长轴轴线方向上的,它 对工件形成一个弯矩。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。径向切削力是垂直作用在通过细长轴轴线水**面内的,由 于细长轴的刚性较差,径向力将会把细长轴顶弯,使其在水*面内 发生弯曲变形。 (二)切削热产生的影响 加工产生的切削热,会引起工件热变形伸长。由于在车削过程 中,卡盘和尾架顶尖都是固定不动的,因此两者之间的距离也是固 定不变的。这样细长轴受热后的轴向伸长量受到限制,导致细长轴 受到轴向挤压而产生弯曲变形。 因此可以看出,提高细长轴的加工精度问题,实质上就是控制 工艺系统的受力及受热变形的问题。 三、提高细长轴加工精度的措施 (一)加工前的准备工作 机床调整:车床主轴与尾座两中心线的连线与车床大导轨上下 左右必须*行,允差应小于 0.02mm。 跟刀架调整:跟刀架在安装好后必须进行修整,修整的方法, 可采用研、铰、镗等方法,使跟刀架爪与工件接触的弧面 r≥工件 半径,千万不可小于工件半径,以防止多棱产生。 棒料的校直:对于精度要求高的零件要采用热校直法校直棒料, 不宜冷校直,忌锤击。 (二)选择合适的装夹方法 1、双顶尖法装夹法 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.因此只适宜于长径比不大、加工余量较小、同轴度要求较高、 多台阶轴类零件的加工。 2、一夹一顶的装夹法 采用一夹一顶的装夹方式。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、双刀切削法 采用双刀车削细长轴,改装车床中溜板增加后刀架,采用前后 两把车刀同时进行车削。两把车刀,径向相对,前车刀正装,后车 刀反装。两把车刀车削时产生的径向切削力相互抵消。工件受力变 形和振动小,加工精度高,适用于批量生产。 4、采用跟刀架和中心架 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。 5、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。 (三)选择合理的刀具角度 采用主偏角κ r = 75°~90°的偏刀,选择正刃倾角,能够减 小径向力和振动,还可以使切屑流向待加工表面。保持切削刃口锋 利,前角控制在 15°~30°之间,副后角控制在 4°~6°之间, 刀尖圆角半径 r<0.3mm。刀具安装应略高于车床主轴中心。 (四)合理地控制切削用量 切削用量选择的是否合理,对切削过程中产生的切削力的大小、 切削热的多少是不同的。因此对车削细长轴时引起的变形也是不同 的。 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。 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。 切削速度: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*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。 四、结论 车床加工细长轴在机械加工中较为常见,由于其刚性差,加工 时受切削力、切削热等因素的影响,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,采取合理的辅助支承和 先进的加工方法,同时选择合理的刀具角度和切削用量,是能够保 证细长轴的加工质量要求的。 参考文献: [1] 陈日曜.金属切削原理(第二版)[m]北京:机械工业出版 社.1995. [2] 杨授时.中级车工技术[m]北京:机械工业出版社.1999. [3] 彭云峰,郭隐彪.车削加工工艺及应用[m]北京:国防工业 出版社.2010.



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