普通車床細長軸車削加工工藝設計

1、普通車床細長軸車削加工工藝（長度與之直徑比大于 2025(即 L/d2025)的軸稱之為細長軸。這類零件一般在車床上進行加工。在車削過程中，由于其剛性差，在切削力和切削熱的作用下，細長軸很容易產(chǎn)生彎曲變形，這樣就破壞了刀具和零件相對運動的準確性，使加工出來的細長軸產(chǎn)生中間粗、兩頭細的形狀，嚴重影響零件的加工精度. 同時細長軸產(chǎn)生彎曲變形后，還會引起工藝系統(tǒng)振動，影響零件的粗糙度。在切削力、重力和頂尖頂緊力的作用下，橫置的細長軸是很容易彎曲甚至失穩(wěn)，提高細長軸的加工精度問題，就是控制工藝系統(tǒng)的受力及受熱變形的問題。因此，采用反向進給車削，配合以最佳的刀具幾何參數(shù)、切削用量、拉緊裝置和軸套式跟刀架

2、等一系列有效措施。 以提高細長軸的剛性，得到良好的幾何精度和理想的表面粗糙度，保證加工要求。2 細長軸車削的工藝特點細長軸車削的工藝特點細長軸車削的工藝特點細長軸車削的工藝特點 ：細長軸剛性很差，車削時裝夾不當，很容易因切削力及重力的作用而發(fā)生彎曲變形，產(chǎn)生振動，從而影響加工精度和表面粗糙度。細長軸的熱擴散性能差，在切削熱作用下，會產(chǎn)生相當大的線膨脹。如果軸的兩端為固定支承，則工件會因伸長而頂彎。由于軸較長，一次走刀時間長，刀具磨損大，從而影響零件的幾何形狀精度。車細長軸時由于使用跟刀架，若支承工件的兩個支承塊對零件壓力不適當，會影響加工精度。若壓力過小或不接觸，就不起作用，不能提高零件的剛度

3、：若壓力過大，零件被壓向車刀，切削深度增加，車出的直徑就小，當跟刀架繼續(xù)移動后，支承塊支承在小直徑外圓處，支承塊與工件脫離，切削力使工件向外讓開， 切削深度減小，車出的直徑變大，以后跟刀架又跟到大直徑圓上，又把工件壓向車刀，使車出的直徑變小，這樣連續(xù)有規(guī)律的變化，就會把細長的工件車成“竹節(jié)”形。造成機床、工件、刀具工藝系統(tǒng)的剛性不良給切削加工帶來困難，不易獲得良好的表面粗糙度和幾何精度3 引起細長軸產(chǎn)生彎曲變形的原因在車床上車削細長軸采用的傳統(tǒng)裝夾方式主要有兩種：一種方式是細長軸的一端用卡盤夾緊，另一端用車床尾架頂尖支承(一夾一頂)；另一種方式是細長軸的兩端均由頂尖支撐(雙頂尖)。主要分析一夾

4、一頂?shù)难b夾方式.其力學模型如圖 1 所示。圖 1 一夾一頂裝夾方式及力學模型3.1 切削力導致變形切削力導致變形切削力導致變形切削力導致變形在車削過程中，產(chǎn)生的切削力可以分解為軸向切削力 PX、徑向切削力 PZ。不同的切削力對車削細長軸時產(chǎn)生彎曲變形的影響是不同的。3.1.1 徑向切削力徑向切削力是垂直作用在通過細長軸軸線水平平面內(nèi)的，由于細長軸的剛性較差，徑向力將會把細長軸頂彎，使其在水平面內(nèi)發(fā)生彎曲變形 .徑向切削力對細長軸彎曲變形的影響，見圖 1。3.1 軸向切削力 PX 的影響軸向切削力是平行作用在細長軸軸線方向上的，它對工件形成一個彎矩。對于一般的車削加工，軸向切削力對工件彎曲變形的

5、影響并不大，可以忽略。但是由于細長軸的剛性較差，其穩(wěn)定性也較差，當軸向切削力超過一定數(shù)值時，將會把細長軸壓彎而發(fā)生縱向彎曲變形。如圖 2 所示。4 提高細長軸加工精度在細長軸加工過程中，為提高其加工精度，要根據(jù)不同的生產(chǎn)條件，采取不同的措施，以提高細長軸的加工精度。4.1 選擇合適的裝夾方法4.1.1 雙頂尖法裝夾法采用雙頂尖裝夾，工件定位準確，容易保證同軸度。但用該方法裝夾細長軸，其剛性較差，細長軸彎曲變形較大，而且容易產(chǎn)生振動.因此只適宜于長徑比不大、加工余量較小、同軸度要求較高、多臺階軸類零件的加工。4.1.2 一夾一頂?shù)难b夾法采用一夾一頂?shù)难b夾方式。在該裝夾方式中，如果頂尖頂?shù)锰o，除

6、了可能將細長軸頂彎外，還能阻礙車削時細長軸的受熱伸長，導致細長軸受到軸向擠壓而產(chǎn)生彎曲變形。另外卡爪夾緊面與頂尖孔可能不同軸，裝夾后會產(chǎn)生過定位， 也能導致細長軸產(chǎn)生彎曲變形.因此采用一夾一頂裝夾方式時，頂尖應采用彈性活頂尖，使細長軸受熱后可以自由伸長，減少其受熱彎曲變形；同時可在卡爪與細長軸之間墊入一個開口鋼絲圈，以減少卡爪與細長軸的軸向接觸長度，消除安裝時的過定位，減少彎曲變形。4.1.3 雙刀切削法采用雙刀車削細長軸改裝車床中溜板，增加后刀架，采用前后兩把車刀同時進行車削。兩把車刀，徑向相對，前車刀正裝，后車刀反裝。兩把車刀車削時產(chǎn)生的徑向切削力相互抵消。工件受力變形和振動小，加工精度高

7、，適用于批量生產(chǎn)。4.1.4 采用跟刀架和中心架采用一夾一頂?shù)难b夾方式車削細長軸，為了減少徑向切削力對細長軸彎曲變形的影響，傳統(tǒng)上采用跟刀架和中心架，相當于在細長軸上增加了一個支撐，增加了細長軸的剛度，可有效地減少徑向切削力對細長軸的影響。4.1.5 采用反向切削法車削細長軸反向切削法是指在細長軸的車削過程中，車刀由主軸卡盤開始向尾架方向進給.這樣在加工過程中產(chǎn)生的軸向切削力使細長軸受拉，消除了軸向切削力引起的彎曲變形。同時，采用彈性的尾架頂尖，可以有效地補償?shù)毒咧廖布芤欢蔚墓ぜ氖軌鹤冃魏蜔嵘扉L量，避免工件的壓彎變形。在車床上車削細長軸采用的兩種傳統(tǒng)裝夾方式中，采用雙頂尖裝夾，工件定位準確，

8、容易保證同軸度。但用該方法裝夾細長軸，其剛性較差，細長軸彎曲變形較大，而且容易產(chǎn)生振動 .因此只適宜于安裝長徑比不大、加工余量較小、同軸度要求較高的工件。加工細長軸通常采用一夾一頂?shù)难b夾方式。但是在該裝夾方式中，如果頂尖頂?shù)锰o， 除了可能將細長軸頂彎外，還能阻礙車削時細長軸的受熱伸長，導致細長軸受到軸向擠壓而產(chǎn)生彎曲變形。另外卡爪夾緊面與頂尖孔可能不同軸，裝夾后會產(chǎn)生過定位，也能導致細長軸產(chǎn)生彎曲變形.因此采用一夾一頂裝夾方式時，頂尖應采用彈性活頂尖，使細長軸受熱后可以自由伸長，減少其受熱彎曲變形；同時可在卡爪與細長軸之間墊入一個開口鋼絲圈，以減少卡爪與細長軸的軸向接觸長 度，消除安裝時的過

9、定位，減少彎曲變形。如圖 4 所示。4.5 采用反向切削法車削細長軸反向切削法是指在細長軸的車削過程中，車刀由主軸卡盤開始向尾架方向進給，如圖 4 所示。這樣在加工過程中產(chǎn)生的軸向切削力使細長軸受拉，消除了軸向切削力引起的彎曲變形。同時，采用彈性的尾架頂尖，可以有效地補償?shù)毒咧廖布芤欢蔚墓ぜ氖軌鹤冃魏蜔嵘扉L量，避免工件的壓彎變形5 合理地控制切削用量切削用量選擇的是否合理，對切削過程中產(chǎn)生的切削力的大小、切削熱的多少是不同的。因此對車削細長軸時引起的變形也是不同的。粗車和半粗車細長軸切削用量的選擇原則是：盡可能減少徑向切削分力，減少切削熱。車削細長軸時，一般在長徑比及材料韌性大時，選用較小的

10、切削用量，即多走刀，切深小， 以減少振動，增加剛性。5.1 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，引起細長軸的受力、受熱變形也增大。因此在車削細長軸時，應盡量減少切削深度。5.2 進給量 (f) 進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，因此細長軸的受力變形系數(shù)有所下降.如果從提高切削效率的角度來看， 增大進給量比增大切削深度有利。5.3 切削速度 (v) 提高切削速度有利于降低切削力。這是因為，隨著切削速度的增大，切削溫度提高，刀具與工件之間的摩擦力減小，細長軸的受力變形減小。但切削速度過高容易使細長軸在離

11、心力作用下出現(xiàn)彎曲，破壞切削過程的平穩(wěn)性，所以切削速度應控制在一定范圍。對長徑比較大的工件，切削速度要適當降低6 選擇合理的刀具角度為了減小車削細長軸產(chǎn)生的彎曲變形，要求車削時產(chǎn)生的切削力越小越好， 而在刀具的幾何角度中，前角、主偏角和刃傾角對切削力的影響最大。6,1 前角() 其大小直接著影響切削力、切削溫度和切削功率.增大前角，可以使被切削金屬層的塑性變形程度減小，切削力明顯減小。 增大前角可以降低切削力，所以在細長軸車削中，在保證車刀有足夠強度前提下，盡量使刀具的前角增大，前角一般取=15°。6.2 主偏角 (kr) 其大小影響著 3 個切削分力的大小和比例關系。隨著主偏角的增大，徑向切削力明顯減小，切向切削力在 60°90°時卻有所增大。在 60°