論文：細長軸的加工技術(shù)方法

車工技師論文車工職業(yè)文章文章類型： 技師論文 文章題目：細長軸的加工技術(shù)方法姓 名： 楊強 職 業(yè)： 不落輪鏇床工 準考證號: 工作單位：長沙市軌道交通運營有限公司2015年9月8日11細長軸的加工技術(shù)方法長沙市軌道交通運營有限公司 楊強摘要：由于細長軸在加工中剛性差，在切削時受切削力、重力、切削熱等因素影響產(chǎn)生彎曲變形，產(chǎn)生震動、錐度、腰鼓形和竹節(jié)形等缺陷，難以保證加工精度。通過分析細長軸加工各關(guān)鍵技術(shù)問題對細長軸加工的影響，找到改進方法，從而提高細長軸加工的精度，保證合格率。關(guān)鍵字：細長軸 技術(shù)問題 加工方法 精度引言通常軸的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。在車削加工過程中，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，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, 橫置的細長軸很容易彎曲甚至失穩(wěn), 因此, 車削細長軸時必須改善細長軸的受力問題。 加工方法： 采用反向進給車削, 選用合理的刀具幾何參數(shù)、切削用量、拉緊裝置和軸套式跟刀架等一系列有效措施。一、提出問題細長軸是機器上的重要零件之一用來支配機器中的傳動零件，使傳動零件有確定的工作位置，并且傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。當軸的長度與直徑之比時，軸稱為細長軸?！败嚬づ聴U。鉗工怕眼是人們熟悉的口頭語。也就是說，由于細長軸的加工精度要求高，但細長軸本身的結(jié)構(gòu)特點使之剛性差、振動大，所以加工起來存在一定的難度。其加工特點如下：1、細長軸剛性很差。在車削加工時，如果裝夾不當，很容易因切削力及重力的作用而產(chǎn)生彎曲變形，從而引起振動，降低加工精度和表面粗糙度。2、細長軸的散熱性差。在切削熱的作用下。工件軸向尺寸會變熱伸長，如果軸的兩端為固定支承，則會因變擠而產(chǎn)生彎曲變形，甚至?xí)构ぜㄋ涝陧敿忾g而無法加工。3、工件高速旋轉(zhuǎn)時，在離心力作用下，加劇工件彎曲與振動。4、細長軸軸向尺寸較長，加工時一次給所需時間長。刀具磨損大，從而影響零件的幾何形狀精度。二、分析細長軸車削加工時受力變形的主要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)。通過分析研究，車削引起細長軸彎曲變形的原因主要有：1、切削力導(dǎo)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。（1）徑向切削力Pz的影響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)。圖 1 一夾一頂裝夾方式及力學(xué)模型（2）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)。 圖2 徑向切削力的影響及力學(xué)模型2、切削熱產(chǎn)生的影響 車削加工產(chǎn)生的切削熱，會引起工件熱伸長。由于在車削過程中，卡盤和尾架頂尖都是固定不動的，因此兩者之間的距離也是固定不變的。這樣細長軸受熱后的軸向伸長量受到限制，導(dǎo)致細長軸受到軸向擠壓而產(chǎn)生彎曲變形。 因此可以看出，提高細長軸的加工精度問題，實質(zhì)上就是控制工藝系統(tǒng)的受力及受熱變形的問題。三、提高細長軸加工精度的措施1、機床的調(diào)整細長軸的加工過程需要使用床身導(dǎo)軌的全部或大部分，因此機床本身的精度對加工效率、質(zhì)量有著相當重要的影響。由于機床導(dǎo)軌面磨損程度不同，因此首先要對機床做適當?shù)恼{(diào)整。使主軸中心和尾座頂尖中心線與導(dǎo)軌全長平行。2、棒料的校直對于精度要求高的零件要采用熱校直法校直棒料，不宜冷校直，忌錘擊。3、選擇合適的裝夾方法（1）兩頂尖裝央定位準確，容易保證工件軸度要求。但該方法車削剛性較差，要求頂緊力適當，否則彎曲變形大，而且極易產(chǎn)生振動。只適宜于長度與直徑比不很大，加工余量小，需要多次以兩頂尖孔定位來保證同軸度要求的工件加工。（2）一端用卡盤夾緊，另一端用頂尖頂緊頂尖頂?shù)锰o，工件切削時變熱伸長變阻，將引起軸變形彎曲；頂尖頂?shù)锰?，則穩(wěn)定性差，另外，頂尖孔與裝夾基面往往不同軸，會形成裝夾的過定位而使工件彎曲。此時可在三爪卡盤與工件問墊入個開口鋼絲圈，使工件與卡爪成線接觸，使細長軸在自由狀態(tài)下定位夾緊，不會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。此外，后頂尖還可以采用彈性活頂尖，使工件變熱伸長時不變阻，以減少彎曲變形（3）一夾一拉裝夾細長軸在車削過程中工件始終受到軸向拉力，因切削熱而產(chǎn)生的軸向伸長量，可用后尾座手輪進行調(diào)整，這是加工細長軸比較理想的一種裝夾方法4、增加細長軸的剛性，減小車削時的振動，使用中心架和跟刀架來解決使用跟刀架或中心架的加工特點：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：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。（1）當工件可分段車削時，中心架直接支承在工件中間。采用這種支承，長度與直徑之比可以減少一半，相當于減少了軸與支承跨距，細長軸的剛度可以增加幾倍，能有效防止軸加工時的繞曲變形(見圖3-1)。圖3-1 中心架的裝夾方法（2）跟刀架固定在床鞍上，一般有兩個或三個支承爪，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。從而提高細長軸的形狀精度和減小表面粗糙度。跟刀架是加工細長軸及其重要的附件。跟刀架的形式很多，但不管是哪種，其中心都必須與卡盤、尾座頂尖處于同一中心上（如圖3-2）。必要時可將圓柱鉸刀或圓柱銑刀支持在三爪卡盤上，對跟刀架支撐頭進行修正。加工細長軸時最好采用三支柱的跟刀架，支柱的材料為普通鑄鐵，因為這種材料的磨損較小能保證加工精度，而且不會研傷工件表面，能提高工件表面的光潔度。跟刀架爪與工件表面要接觸良好，其壓力大小是由操作者手感控制，不得過緊或過松。過緊，工件隨著走刀，會產(chǎn)生竹節(jié)形誤差，表面粗糙度加大；過松，工件容易跳動產(chǎn)生橢圓形、三菱形、竹節(jié)形等誤差，表面粗糙度也會增大。圖3-2 跟刀架5、減小熱變形伸長影響車削時，因切削熱傳導(dǎo)給工件，使工件溫度升高，工件就開始變形伸長，其熱變形伸長量為 式中：1為材料的線膨脹系數(shù)；為工件總長；t為工件升高的溫度。如前所述，車削細長軸時，一般用兩頂尖或一端夾緊，另一端頂緊的方法加工，其軸向位置是固定的，如果工件變熱伸長了，工件就受擠壓彎曲，一旦產(chǎn)生彎曲后，細長軸就很難進行加工，因此，加工細長軸時，需采取措施以減小熱變形的影響：（1）使用彈性回轉(zhuǎn)頂尖來補償熱變形伸長實踐證明，用彈性回轉(zhuǎn)頂尖加工細長軸，可有效的補償工件的熱變形伸長，工件不易彎曲，車削可順利進行。（2）采用反向進給車削反向進給是指刀具從床頭到床尾方向作切削運動。常規(guī)的切削方向使尾架的頂緊軸向力與切削軸向力方向一致，加劇了細長軸工件的彎曲。若反向進給，其軸向分力只對工件產(chǎn)生的拉力，使工件已加工部分軸向拉伸，與工件變熱伸長方向一致，共同向彈性頂尖壓縮。為取得最佳效果，反向進給和彈性頂尖一般配合使用。（3）加注充分的切削液車削細長軸時無論是低速切削還是高速切削，使用切削液進行冷卻，能有效地抑制工件溫度上升，從而控制熱變形。（4）刀具應(yīng)經(jīng)常保持銳利狀態(tài)，以減小刀具與工件的摩擦發(fā)熱。6、采用適當?shù)能囅鞣椒ǎ?）一夾一頂上中心架，或兩頂尖上中心架，正裝車刀車削，適用于允許調(diào)頭接刀車削的工件。（2）一夾一頂上跟刀架，正裝車刀車削，適用于不允許調(diào)頭接刀車削的工件。兩爪跟刀架不適用于高速切削，三爪跟刀架適用于高速切削。（3）一夾一頂或一夾一拉，卡盤央緊面用開口鋼絲圈，上跟刀架，反向進給，適用于精車長徑比大于倍的軸（見圖3-3）。圖3-3（4）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，適用于批量生產(chǎn)（見圖3-4）。圖3-4 雙刀車削細長軸（5） 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。 （6）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。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7、適當?shù)目刂魄邢饔昧?。加工時，冷卻液的澆淋要充分。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。（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(yīng)盡量減少切削深度（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。 （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(yīng)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。8、選擇合理的刀具角度選擇合理的刀具角度是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。細長軸車刀必須保證如下要求：切削力小，減少徑向分力，切削溫度低，刀刃鋒利，排屑流暢，刀具壽命長。從車削鋼料時得知：當前角0增加10，徑向分力Fr可以減少30%；主偏角Kr增大10，徑向分力Fr可以減少10%以上；刃傾角s取負值時，徑向分力Fr也有所減少（見圖3-5）。圖3-5刀具切削幾何角度（1）前角(0) 其大小直接著影響切削力、切削溫度和切削功率，增大前角?？梢允贡磺邢鹘饘賹拥乃苄宰冃纬潭葴p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0=150 。車刀前刀面應(yīng)磨有斷屑槽，屑槽寬B=3.54mm，配磨 br1=0.10.15mm，01=-25的負倒棱，使徑向分力減少，出屑流暢，卷屑性能好，切削溫度低，因此能減輕和防止細長軸彎曲變形和振動。（2）主偏角(kr) 車刀主偏角Kr是影響徑向力的主要因素，其大小影響著3個切削分力的大小和比例關(guān)系。隨著主偏角的增大，徑向切削力明顯減小，在不影響刀具強度的情況下應(yīng)盡量增大主偏角。主偏角Kr=90（裝刀時裝成8588），配磨副偏角Kr=8100 。刀尖圓弧半徑S=0.150.2mm，有利于減少徑向分力。（3）刃傾角(s)傾角影響著車削過程中切屑的流向、刀尖的強度及3個切削分力的比例關(guān)系。隨著刃傾角的增大，徑向切削力明顯減小，但軸向切削力和切向切削力卻有所增大。刃傾角在-10+10范圍內(nèi)，3個切削分力的比例關(guān)系比較合理。在車削細長軸時，常采用正刃傾角+3+10，以使切屑流向待加工表面。（4）后角較小a0=a01=460 ，起防振作用。通過上述措施，車削細長軸時，只要做到采用合理的裝夾方法和加工方法，正確選擇刀具的幾何角度及切削用量，恰當?shù)睦鋮s潤滑，就可以保證細長軸的加工精度，避免返修，報廢情況的發(fā)生，提高工作效率，節(jié)約生產(chǎn)成本。四、參考文獻1 陳日曜.金屬切削原理（第二版）北京：機械工業(yè)出版社1995.2 楊授時.中級車工技術(shù)北京：機械工業(yè)出版社.1999.3 余新旸.機械制造基礎(chǔ)北京：北京大學(xué)出版社.2008.4 郁鼎文.現(xiàn)代制造技術(shù)北京：清華大學(xué)出版社.2006.5 彭云峰，郭隱彪.車削加工工藝及應(yīng)用北京：國防工業(yè)出版社.2010.6 趙志修.機械制造工藝學(xué)北京：.機械工業(yè)出版社，1985.7 顧崇銜.機械制造力學(xué)分析北京：機械設(shè)計與制造,2004.