哈爾濱中天數(shù)控工具有限責(zé)任公司
公司網(wǎng)站：www.m.hmniuwr.cn
服務(wù)熱線：0451-82340716
服務(wù)熱線：0451-82340716
摘要：細(xì)長軸及細(xì)長軸螺紋加工是機(jī)械加工中常見的較難車削的工件，由于細(xì)長軸剛性差，車削時(shí)產(chǎn)生的受力、受熱變形大，難保證加工廇量。通過采用合理的工裝、選擇合理的切削用量以及較好的刀具角度，則可確保細(xì)長軸和細(xì)長軸蟬紋加工的質(zhì)量及其精度。
在機(jī)械加工中，許多零件的長度與直徑之比大于２０--２５（l／D＞２０--２５），如車床光桿、絲桿、材料力學(xué)試驗(yàn)臺（本中心的主推產(chǎn)品）中的吊桿（見圖１）等，這類零件統(tǒng)稱為細(xì)長軸。細(xì)長軸零件剛性差、抗彎能力弱，在車削過程中因受到切削力、重力及切削熱等因素的影響而易發(fā)生彎曲變形，使零件形成錐度、腰鼓形、水波紋及竹節(jié)紋等狀況，不僅導(dǎo)致加工表面質(zhì)量嚴(yán)重惡化，還縮短了機(jī)床和刀具壽命。
１．細(xì)長軸車削時(shí)產(chǎn)生變形的原因分析
在加工中，車削細(xì)長軸彎曲變形原因主要有：
（１）切削力導(dǎo)致變形。在車削過程中產(chǎn)生的切削力可分解為：軸向切削力廠、徑向切削力Ｆｐ和主切削力Fzc。不同的切削力對細(xì)長軸產(chǎn)生的彎曲變形影響是不一樣的。
軸向切削力Ｆ，．的影響。軸向切削力是平行作用在細(xì)長軸軸線方向的力，當(dāng)軸向切削力超過一定數(shù)值時(shí)，就會把細(xì)長軸壓彎，從而使工件發(fā)生縱向彎曲變形（一般短軸類加工可忽略，它對工件彎曲變形的影響不是十分大）。
徑向切削力ＦＰ的影響（見圖２）。徑向切削力是垂直作用在通過細(xì)長軸軸線水平平面內(nèi)的，由于細(xì)長軸的剛性差，徑向力將會把細(xì)長軸頂彎，使其在水平面內(nèi)發(fā)生彎曲變形。
(2)切削熱產(chǎn)生的影響。車削時(shí)，由于切削熱的影響，工件隨溫度升高而逐漸伸長變形，這種現(xiàn)象叫熱變形。
工件長度熱伸長量公式為:
通過上式可看出，工件吊桿在加工時(shí)會伸長0.267mm。而在車削時(shí)，卡盤和尾架頂尖是固定的，這樣兩者之間的距離也是不變的，由于細(xì)長軸受熱后伸長量受到限制，從而導(dǎo)致細(xì)長軸受到擠壓產(chǎn)生彎曲變形。因此，提高細(xì)長軸的加工精度，要解決工藝系統(tǒng)的受力和受熱變形。
2、解決細(xì)長軸車削過程中變形的工藝方法
單位的教學(xué)產(chǎn)品材料力學(xué)多功能試驗(yàn)臺中有一根吊桿長760mm、直接14mm（見圖3），是一個(gè)比較典型的細(xì)長軸零件。在最初的加工過程中由于加工工藝的不合理，車出的工件很難達(dá)到圖樣的要求，使零件產(chǎn)生錐度、水波紋及竹節(jié)紋等（見圖4）缺陷。通過改進(jìn)裝夾方式、調(diào)整切削用量、改變切削方式等加工工藝的變化，最終加工出合格零件。
?。?）采用一夾一頂方式。如果用普通頂尖，受切削熱影響，工件肯定受到軸向擠壓面產(chǎn)生彎曲變形，所以頂尖采用彈性活頂尖（見圖5）使長軸受熱后可以自由伸長，提高加工精度。同時(shí)在卡盤卡爪與細(xì)長軸之間墊入一個(gè)約3--5mm的開口鋼圈，減小卡爪與細(xì)長軸的軸向接觸長度，消除裝夾時(shí)的過定位，從而減小彎曲變形（見圖6）。
采用滾珠接觸的跟刀架。生產(chǎn)中用跟刀架輔助支撐，以增加工件剛性和穩(wěn)定性。普通跟刀架兩爪支承，但由于工件本事的向下重力和工件校直不理想，車削時(shí)瞬時(shí)離開支承爪，接觸支承爪時(shí)就產(chǎn)生振動，易形成水波紋。最終選擇用滾珠接觸的三爪跟刀架，使工件上下左右移動受限制，只能繞軸線旋轉(zhuǎn)，減小車削振動和工件變形，而且滾珠接觸的跟刀架將滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，可減小摩擦阻力。
使用跟刀架時(shí)注意：
1、主軸轉(zhuǎn)速不能過高，給支撐爪上潤滑油，防止過度磨損。
2、各爪支撐力要調(diào)整合理，過松不能支撐，過緊影響工件形狀精度，容易出現(xiàn)竹節(jié)形兒影響加工質(zhì)量。
采用一夾一頂方式，方法簡潔，不需過多的輔助工具和其他輔助加工。
?。?）采用反向切削法車削細(xì)長軸。切削時(shí)車刀由卡盤向尾架方向進(jìn)給，稱為反向切削法（見圖7）。這時(shí)在加工中產(chǎn)生的軸向切削力使細(xì)長軸承受拉力，消除軸向切削力引起的變形。
反向切削法在加工時(shí)，需預(yù)先加工出一段過渡軸，但不能保證其與加工軸同軸，所以決定不采用。
?。ǎ常┎捎秒p刀車削。雙刀車削（見圖８）是采用前后兩把車刀同時(shí)進(jìn)行車削。兩把車刀徑向相對，前刀正裝，后刀反裝。車削時(shí)兩把刀產(chǎn)生的徑向切削力相互抵消，因此工件受力變形、振動都很小，加工的精度好。但需要改裝車床中滑板，增加后置刀架，所以成本變高，只適用于專業(yè)大批量生產(chǎn)。
?。ǎ矗┖侠磉x擇切削用量。
切削速度（ｖ）的選擇。圖９所示為削速度（ｖ）的選擇。圖９所示為關(guān)系曲線。
從圖９中可看出，車削時(shí)ｖ—般在３０~７０ｍ／ｍｉｎ的速度范圍內(nèi)，容易產(chǎn)生振動，此時(shí)相應(yīng)的振幅值較大；高于或低于這個(gè)范圍，振動呈現(xiàn)減弱趨勢。所以當(dāng)加工直徑＜１５ｍｍ時(shí)，取ｖ＜３０ｍ／ｍｉｎ；當(dāng)加工直徑＞１５ｍｍ時(shí)，?。觯荆罚埃恚恚椋?。
進(jìn)給暈／的選擇。在機(jī)床功率剛性許４情況下選大進(jìn)給量。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，粗車時(shí)取戶0.１５ｍｍ／ｒ，半精車時(shí)／＝０.1ｍｍ／ｒ，精車戶０.06ｍｍ／ｒ。
背吃刀量 （切削深度）的選擇。隨著切削深度的增大，車削時(shí)產(chǎn)生的切削力、切削熱隨之增大， 起細(xì)長軸的受力、受熱變形也增大，因此在細(xì)長軸加工時(shí)，應(yīng)盡量減少切削深度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),粗車時(shí)ap=1mm,半精車ap=0.5mm,精車時(shí)ap=0.25mm。
?。担┖侠磉x擇刀具角度。
刀具幾何角度中前角、主偏角和刃傾角對切削力的影響最大。
前角ro。前角大小直接影響切削力、切削溫度。增大前角可使被切削金屬層的切削變形減小，通過試驗(yàn)可知，當(dāng)前角ro增加10°，徑向分力Fp可減小30%。實(shí)際加工前角一般取ro=15~30°，車刀前刀面磨斷屑槽，寬2~4mm，使得出屑流暢，卷屑性能好。
主偏角Kr。主偏角增大，徑向切削力減小，主偏角Kr= 75°~°（裝刀時(shí)裝成85°~88°），
刃傾角。影響車削過程中切削流向，刃傾角增大，徑向切削力減小，一般在-10°~ +10°范圍內(nèi)。細(xì)長軸加工時(shí)，采用+3°~+10°，使切削流向待加工表面，從而保護(hù)已加工面。
（6）細(xì)長軸螺紋的加工。
細(xì)長軸螺紋（M12以下）在機(jī)床上難以加工，通常采取的方式是用板牙直接套出來（見圖10）。
加工時(shí)用普通板牙裝置套螺紋，發(fā)現(xiàn)容易產(chǎn)生半邊切削，造成牙尖損壞、質(zhì)量差、效率低和廢品率高的現(xiàn)象。現(xiàn)改裝普通板牙套如圖１０所示，以彌補(bǔ)存在的不足，提高細(xì)長軸螺紋的加工精度。
超長螺桿套絲夾具包括工裝超長螺桿套絲夾具包括工裝前面有保證超長螺桿加工精度的圓孔（圓孔主要起導(dǎo)向作用）和用來聯(lián)接圓孔的保持架，后面有固定板牙圓套，圓套上有兩個(gè)螺紋孔（一個(gè)用來聯(lián)接支撐桿，另一個(gè)用來旋轉(zhuǎn)緊固螺釘，使板牙固定在圓套上）。在加工超長螺桿時(shí)，將棒料一端夾緊，另一端放在定位圓孔內(nèi)（棒料直徑比圓孔直徑?。埃埃怠埃保担恚恚?，棒料旋轉(zhuǎn)，超長螺桿套絲夾具向前走，棒料經(jīng)過超長螺桿套絲夾具內(nèi)板牙的加工，可加工出高精度的超長螺桿。
?。ǎ罚┎牧艿鯒U的車削方法。
通過上述試驗(yàn)分析，決定采用以下方法解決生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題。
首先對機(jī)床進(jìn)行了兩方面的調(diào)整：①車床主軸的調(diào)整，車床主軸過松，很容易造成在車削過適當(dāng)調(diào)緊，從而防止機(jī)床跳動和竄動對零件加工的不利影響。②尾座的調(diào)整，如果尾座的中心線和主軸的中心線不在一條水平線上，產(chǎn)生同軸度誤差，車出的工件一定會出現(xiàn)錐度。
其次對零件的加工工藝進(jìn)行分析，確定了加工工藝（見附表）。
經(jīng)過上述辦法可解決吊桿生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，使產(chǎn)品合格（見圖１１）。
加工工藝
?。常Y(jié)語
通過對車削加工中影響細(xì)長 軸加工質(zhì)量因素進(jìn)行分析，將剛性差、抗彎能力弱及受熱彎曲變形等問題，用調(diào)整機(jī)床的精度、改善裝卡方式、正確刃磨刀具角度和選擇合理切削用量等方法加以解決，從而有效地提高細(xì)長軸的加工質(zhì)量，確保其加工精度。
來源：江蘇大學(xué)基礎(chǔ)工程訓(xùn)練中心 作者：肖克霞 葉益民
