車工論文——超細(xì)長軸的加工精編版

1、超細(xì)長軸的加工摘要細(xì)長軸的長徑比大于 20，剛性很差，在加工中產(chǎn)生的切削力、切削熱、振動等因素都將直接影響工件加工的尺寸精度和形位精度。加工難度大，當(dāng)用較高的切削速度加工長徑比大于 100 的細(xì)長軸時， 則加工難度更高。 細(xì)長軸常規(guī)的加工方法為一夾一頂或兩頂，而本文介紹的是一種新的加工方法兩拉加工法。關(guān)鍵詞細(xì)長軸兩頂 兩拉前言以前我車間加工長徑大于 40，直徑公差、形位公差為 6 級精度的細(xì)長軸，采用常規(guī)的加工方法裝夾加工， 很難達(dá)到加工要求，且經(jīng)常造成產(chǎn)品在精加工時報廢， 而影響產(chǎn)品交付日期、 大大提高加工成本。我們經(jīng)過多次分析、試驗，在零件熱處理、裝夾、加工方法、 刀具等方面采取了一定的技

2、術(shù)措施，可加工出長徑比大于 100，直徑公差、形位公差較高的細(xì)長軸。直徑值小于 5mm 的超細(xì)長軸可用“兩位”方法直接加工；由于工件自身重力的作用，直徑大于 5mm的超細(xì)長軸要采用“跟刀架、中心架”與“兩拉”聯(lián)合使用的方法加工。1正文由于細(xì)長軸的長、徑比很大，剛性很差。在車削時，受切削力、裝夾力、自身重力、切削熱、振動等因素的影響，容易出現(xiàn)以下問題：（ 1）切削時產(chǎn)生的徑向切削力與裝夾徑向分力的合力，會使工件彎曲，工件旋轉(zhuǎn)時引起振動，從而影響加工精度和表面質(zhì)量。（ 2）由于工件自重變形而加劇工件的振動，影響加工精度和表面質(zhì)量。（ 3）工件轉(zhuǎn)速高時，離心力的作用，加劇了工件的彎曲和振動。（ 4）

3、在加工中，由于切削熱作用，也會引起工件彎曲變形。因此，在車削細(xì)長軸時，無論對刀具、機(jī)床、輔助工具、切削用量的選擇，工藝安排和操作技能都有較高的要求。1 合理選擇切削參數(shù)1.1切削用量的選擇（ 1） 切削速度 V 的選擇 ： 圖一是沒有再生顫振時的切削速度與振動強(qiáng)度及穩(wěn)定 （a） (b)圖一 車削速度對切削穩(wěn)定性的影響(a) 切速 V 與振幅 A 的關(guān)系曲線 (b)V 與 awlim 的關(guān)系曲線性的關(guān)系曲線。從圖（ a）可知，車削時， 一般當(dāng) V=3070m/mm的速度范圍內(nèi)，容易產(chǎn)生振動，此時相應(yīng)的振幅有較大值，高于或低于這個范圍， 振動呈現(xiàn)減弱趨勢。 當(dāng)加工直徑小于10mm時，取 v30m/

4、min；當(dāng)加工直徑大于 10mm時，取 v70m/min。圖（b）2是極限切削寬度與切速的變化關(guān)系曲線。由圖可知， 在高速或低速范圍進(jìn)行切削， 自振就不易產(chǎn)生。 特別是在高速范圍內(nèi)進(jìn)行切前，既可提高生產(chǎn)率，又可避免切削顫振，是值得采用的方法。（ 2） 進(jìn)給量 f 的選擇：振動強(qiáng)度隨進(jìn)給量 f 的增大而減小，如圖二（ a），極限切削(a) (b)圖二 進(jìn)給量 f 對切削穩(wěn)定性的影響(a) f與 A 的關(guān)系曲線(b) f與 awlim 的關(guān)系曲線寬度隨進(jìn)給量的增大而增大，如圖二（b）。為了避免顫振的產(chǎn)生，在許可的情況下（如機(jī)床有足夠的剛度，足夠的電機(jī)功率，工件的表面粗糙度參數(shù)值要較低等），應(yīng)選取大

5、的進(jìn)給量。故粗車時取 f=0.15mm，半精車時取 f=0.1mm，精車時取 f=0.06mm。（3） 切削深度 ap 的選擇：車削時，切削寬度 aw=ap/sinkr ， kr 為刀具的主偏角。切削深（a） (b )圖三 切削深度對切削穩(wěn)定性的影響(a)ap 和 A 的關(guān)系曲線(b)f和 ap 對穩(wěn)定性的影響度對切削穩(wěn)定性的影響如圖三所示，由圖可知隨著ap 增大，振動不斷加大。當(dāng)f 增大時，極限切斷深度也隨之加大。所以，為了加大極限切削深度aplim 必須增加進(jìn)給量f ，這有利于發(fā)揮機(jī)床的功率，提高生產(chǎn)效率。故粗車時取ap =1mm，半精車時取ap=0.5mm，精車時取ap =0.1mm。3

6、（4） 應(yīng)盡量避免寬而薄的切屑的切削，否則極易顫振。1.2合理選擇刀擇刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù)的合理選擇， 常常是實現(xiàn)穩(wěn)定切削簡便而行之有效的方法。（ 1） 前角 r0 ： 前角 r0 對振動的影響如圖四所示，隨著前角的增大，振動隨之下降，但在切前速度較高的范圍內(nèi)，前角對振動的影響將減弱。由于細(xì)長軸車削速度一般不會太高，圖四 刀具前角對振動的影響 圖五 刀具主偏角對振動強(qiáng)度的影響故此在粗加工中取 r0=20 °，精車時取 r0=25 °。（ 2） 主偏角 Kr 主偏角 Kr 對振動強(qiáng)度的影響見圖五，當(dāng)切削深度和進(jìn)給量不變時，隨著主偏角的增大，振幅將逐漸減小，這是因為徑向切削

7、力減小了，同時實際切削寬度 aw將減小。在粗車削細(xì)長軸時取 Kr=75 80°，精車時取 Kr=8590°的刀具進(jìn)行切削，可避免或減小振動。（ 3） 后角 a0 一般來說，后角對切削穩(wěn)定性無多大影響，但當(dāng)后角減小到 23°時，使振動有明顯的減弱，在生產(chǎn)中也發(fā)現(xiàn)，后刀面有一定程度的磨損后，會有顯著的減振作用。（ 4） 刀具圓弧半徑 rs 刀尖圓弧半徑 rs 增大時，徑向分量力隨之增大，為避免自振 rs 越小越好。但隨 rs 的減小，將會使刀具壽命降低，同時也不利于表面粗糙度的改善。故加工時，斷屑槽寬度取 R1.5 3, 刀尖圓弧 r=0.5.42 細(xì)長軸加工中應(yīng)采用

8、的技術(shù)措施。（1） 細(xì)長軸加工中傳統(tǒng)的加工方法：傳統(tǒng)裝夾方法一兩頂（即為一夾一頂），其一般都利用過定位原理，使用跟刀架或中心架作為輔助支撐來增加工件的剛性。 通過調(diào)節(jié)尾座的回轉(zhuǎn)中心提高工件的同軸度； 在裝夾時， 盡量采用線接觸以起到一定的方向調(diào)節(jié)的作用。 這一加工方法， 對要求不高的細(xì)長軸沒有問題， 但對于精度要求高或長徑比很大的超細(xì)長軸就很難加工出合格產(chǎn)品。 由于頂尖的頂力作用， 致使軸在加工中受到的徑向彎曲力加大， 從而使軸的彎曲變形加大， 軸的加工精度降低。再加之切削熱及跟力架與中心架的摩擦熱使工件產(chǎn)生熱膨脹，工件脹長增大了軸的彎曲度， 另外跟力架與中心架的腳爪中心線可能與軸中心線不完全

9、同心。 因此，一夾一頂?shù)膫鹘y(tǒng)方法，加工超細(xì)長軸， 即使使用中心架、 跟刀架來增加零件的剛度，也不能很好的消除彎曲變形，加工精度低。（2） 細(xì)長軸兩拉加工法。針對傳統(tǒng)裝夾方法的缺陷，可以采用兩拉（即一夾一拉）的裝夾方法來解決這一問題，裝夾時仍需要在夾緊層上墊一開口鋼絲圈，使工件與卡爪之間的夾持變?yōu)榫€接觸， 以起到類似萬向節(jié)的作用，工件的另一端由改制的頂尖（如圖六所示）拉緊，其拉緊力越大加工效果就越好。5根據(jù)前面的分析可知，兩位加工方法，由于兩端拉力，致使軸在加工中受的徑向彎曲力減小， 而使軸的彎曲變形減?。?圖六 改制頂尖再加之切削熱及摩擦熱是使工件受熱膨脹增長， 兩拉作用力能很好地防止工件脹長

10、頂死而彎曲變形， 故此，兩拉加工方法與傳統(tǒng)加工方法相比，能有效地提高工件的加工精度。（ 3） 細(xì)長軸的兩拉車削工藝：細(xì)長軸一般采用先按改制后的頂尖內(nèi)螺紋孔配車?yán)菁y： 粗車半精車精車?yán)菁y。 裝夾中如用跟刀架或中心架， 應(yīng)注意保證其各腳爪面有 80%90%的部位與工件配合。裝刀要高于中心線 0.1mm，以減小切削力。首先：校直工件，然后進(jìn)行粗車，切削時如沒有出現(xiàn)問題，中途不能停車，因車刀不斷有正常磨損， 所以不時要用外卡 （憑經(jīng)驗）測量剛切削出來的軸徑變化。 同時應(yīng)適當(dāng)微量進(jìn)刀， 補(bǔ)償車刀的磨損量，粗車后表面粗糙度可達(dá) 12.5 。如開始切削工作出現(xiàn)有竹節(jié)、麻花、振紋等現(xiàn)象時，要退刀，這時可減

11、慢一檔速度或軸中間加可擺動的木墊作輔助支承（視加工軸的大?。纯蓽p少離心力起減振作用。 要注意的是：“粗車第一刀一定要切凈黑皮” 。因工件表皮的硬度不一， 且有彎曲， 所以粗車后的軸一定有彎曲變形現(xiàn)象，要視變形大小，再交校直工件。6其次：半精車，換上車刀，換上小一級數(shù)的跟刀架、中心回、卡爪的腳爪（視軸的大小而定） ，重復(fù)粗車時的各項程序進(jìn)行切削，半精車后軸通常不會彎曲變形，表面粗糙度可達(dá)6.3 左右。最后：精車，刃口與工件接觸面約是進(jìn)給量的1.52 倍，如采用低速精車， 中途可隨意停車測量工件尺寸變化， 也可在切削中作微量補(bǔ)償進(jìn)給。 這樣雖然便于控制工件尺寸精度。 但不便于提高其表面質(zhì)量。我

12、們在生產(chǎn)中多采用紅硬性、 耐磨性都很好的刀片，進(jìn)行較高速切削， 尺寸精度可達(dá) 6 級，表面粗糙度可達(dá) 1.6 以上。（4） 采用合理的進(jìn)給方式采用反向進(jìn)給， 即車刀向尾座方向作進(jìn)給運(yùn)動， 這樣作的目的是減小車削的軸向分力對工件彎曲變形的不利影響， 工件已加工部分受軸向拉伸，彎曲變形減小。且反向進(jìn)給相對于正向進(jìn)給而言，平穩(wěn)性和抗振性好，更容易保證產(chǎn)品的質(zhì)量。（ 5）使用冷卻液充分冷卻在零件加工時，由于切削熱引起零件變形，變形量公式為： L=L.a. t式中： L工件伸長量，單位為 mm L工件總長，單位為 mma材料線膨脹系數(shù)，1um/ t 工件升高溫度，。由變形量公式可知，熱度形量與溫升成正比

13、，因此，必須有效控制零件溫升。采用冷卻液對加工工件進(jìn)行充分冷卻、潤滑，吸收7切削產(chǎn)生的熱量，改善刀具與工件的摩擦情況，降低切削熱、減小熱變形和刀具磨損，從而提高加工精度。結(jié) 論：通過多次實驗，按照本文提出的加工方法能加工各種超細(xì)長軸，包括比車床加工范圍長兩倍以內(nèi)的細(xì)長軸，能保證工件的尺寸精度和形位精度。參考文獻(xiàn)1、機(jī)械制造工藝學(xué)（修訂本）機(jī)械工業(yè)出版社出版1982 年 1月北京第一版2、金屬切削工具 上海科學(xué)技術(shù)出版社出版1984 年 12 月第 1版3、金屬工藝學(xué)高等教育出版社出版1982 年 4 月第 2 版本文作者 ( 姜廣美 ), 請您在閱讀本文時尊重作者版權(quán)。摘要 : 從細(xì)長軸車削加

14、工的特點入手 , 著重研究和探討在細(xì)長軸車削加工中 , 車刀主要幾何參數(shù)的選擇、 切削用量三要素的選擇 ,以及車削細(xì)長軸經(jīng)常遇到的問題的處理方法 , 這對生產(chǎn)實踐具有很好的指導(dǎo)作用。8關(guān)鍵詞 : 細(xì)長軸 ; 幾何參數(shù) ; 切削用量 ; 解決辦法 1 細(xì)長軸的加工特點所謂細(xì)長軸是指軸的長徑比 l/d 20 的軸 , 當(dāng) l/d 100 時則稱為細(xì)長桿。細(xì)長軸加工特點 :1) 剛性差細(xì)長的工件由于自重下垂 , 高速旋轉(zhuǎn)時受到離心力、車削時受到切削力都極易使其產(chǎn)生彎曲變形。工件彎曲越大 , 車削時振動越大 , 表面質(zhì)量精度也越難以保證。2) 熱變形大細(xì)長軸車削時熱擴(kuò)散性差、線膨脹大 , 當(dāng)工件兩端頂

15、緊時易產(chǎn)生彎曲變形。3) 加工疵病多在細(xì)長軸加工的整個工藝過程中 , 要求操作者技術(shù)水平高 , 操作細(xì)心 , 如某一加工環(huán)節(jié)處理不當(dāng) , 就容易產(chǎn)生問題 ,如徑向跳動、彎曲及產(chǎn)生竹節(jié)、波紋、錐度等加工疵病。因此 , 在車削細(xì)長軸時 , 對機(jī)床的調(diào)整、輔具的應(yīng)用、刀具、切削用量等都提出了較嚴(yán)格的要求。2 具體措施92.1使用中心架或跟刀架1) 使用中心架支承車細(xì)長軸。中心架直接支承在工件中間當(dāng)工件可以分段車削時 , 中心架支承在工件中間 , 這樣支承 ,L/d 值減少了一半 , 細(xì)長軸車削時的剛性可增加好幾倍。在工件裝上中心架之前 , 必須在毛坯中部車出一段支承中心架支承爪的溝槽 , 表面粗糙度

16、及圓柱度誤差要小 , 否則會影響工件的精度。車削時 , 中心架的支承爪與工件接觸處應(yīng)經(jīng)常加潤滑油。 為了使支承爪與工件保持良好的接觸 , 也可以在中心架支承爪與工件之間加一層砂布或研磨劑 , 進(jìn)行研磨抱合。2) 用過渡套筒支承車細(xì)長軸。 用上述方法車削支承承中心架的溝槽是比較困難的。為了解決這個問題 , 可加用過渡套筒的處表面接觸。過渡套筒的兩端各裝有四個螺釘 , 用這些螺釘夾住毛坯工件, 并調(diào)整套筒外圓的軸線與主軸旋轉(zhuǎn)軸線相重合, 即可車削。3) 使用跟刀架支承車細(xì)長軸。跟刀架固定在床鞍上 , 一般有兩個支承爪 , 跟刀架可以跟隨車刀移動 , 抵消徑向切削時可以增加工件的剛度 , 減少變形。

17、從而提高細(xì)長軸的形狀精度和減小表面粗糙度。跟刀架的設(shè)計原理來看 , 只需兩只支承爪就可以了 , 因車刀給工件的切削抗力 , 使工件貼住在跟刀架的兩個支承爪上。但是實際使用時 , 工件本身有一個向下重力 , 以及工件不可避免的彎10曲, 因此 , 當(dāng)車削時 , 工件往往因離心力瞬時離開支承爪、接觸支承爪而產(chǎn)生振動。 如果采用三只支承爪的跟刀架支承工件一面由車刀抵住 , 使工件上下、左右都不能移動 , 車削時穩(wěn)定 , 不易產(chǎn)生振動。因此車細(xì)找軸時一個非常關(guān)鍵的問題是要應(yīng)用三個爪跟刀架。2.2減少工件的熱變形伸長車削時 , 由于切削熱的影響 , 使工件隨溫度升高而逐漸伸長變形 , 這就叫“熱變形”。

18、在車削一般軸類時可不考慮熱變形伸長問題 , 但是車削細(xì)長軸時 , 因為工件長 , 總伸長量長 , 所以一定要考慮到熱變形的影響。由于工件一端夾住 , 一端頂住 , 工件無法伸長 , 因此只能本身產(chǎn)生彎曲。 細(xì)長軸一旦產(chǎn)生彎曲后 , 車削就很難進(jìn)行。減少工件的熱變形主要可采取以下措施 :1) 使用彈性回轉(zhuǎn)頂尖。用彈性回轉(zhuǎn)頂尖加工細(xì)長軸 , 可有較地補(bǔ)償工件的熱變形伸長 , 工件不易彎曲 , 車削可順利進(jìn)行。 2) 加注充分的切削液。車削細(xì)長軸時 , 不論是低速切削還是高速切削 , 為了減少工件的溫升而引起熱變形 , 必須加注切液充分冷卻。使用切削液還可以防止跟刀架支承爪拉毛工件 , 提高刀具的使

19、用壽命和工件的加工質(zhì)量。3) 刀具保持銳利。以減少車刀與工件的摩擦發(fā)熱。2.3合理選擇車刀幾何形狀11刀具幾何參數(shù)的合理選擇 , 常常是實現(xiàn)穩(wěn)定切削簡便而行之有效的方法。1) 前角 r0 。前角 r0 對振動的影響 , 隨著前角的增大 , 振動隨之下降, 但在切前速度較高的范圍內(nèi) , 前角對振動的影響將減弱。 由于細(xì)長軸車削速度一般不會太高 , 故此在粗加工中取 r0=20 °, 精車時取 r0=25 °。2) 主偏角 Kr。主偏角 Kr 對振動強(qiáng)度的影響 , 當(dāng)切削深度和進(jìn)給量不變時 , 隨著主偏角的增大 , 振幅將逐漸減小 , 這是因為徑向切削力減小了 , 同時實際切削

20、寬度 aw將減小。在粗車削細(xì)長軸時取Kr=75 80°, 精車時取Kr=8590°的刀具進(jìn)行切削, 可避免或減小振動。3) 后角 a0。一般來說 , 后角對切削穩(wěn)定性無多大影響 , 但當(dāng)后角減小到 23°時 , 使振動有明顯的減弱 , 在生產(chǎn)中也發(fā)現(xiàn) , 后刀面有一定程度的磨損后 , 會有顯著的減振作用。4) 刀具圓弧半徑 rs 。刀尖圓弧半徑 rs 增大時 , 徑向分量力隨之增大 , 為避免自振 rs 越小越好。但隨 rs 的減小 , 將會使刀具壽命降低 , 同時也不利于表面粗糙度的改善。 故加工時 , 斷屑槽寬度取12R1.5 3, 刀尖圓弧 r=0.5 。2.4合理選擇切削用量1) 切削深度 (t) 。在工藝系統(tǒng)剛度確定的前提下 , 隨著切削深度的增大 , 車削時產(chǎn)生的切削力、切削熱隨之增大, 引起細(xì)長軸的受力、受熱變形也增大。因此在車削細(xì)長軸時 , 應(yīng)盡量減少切削深度。2) 進(jìn)給量 (f) 。進(jìn)給量增大會使切削厚度增加 , 切削力增大。 但切削力不是按正比增大