细长轴车削方法

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细长轴车削方法机械系袁凤艳摘要本文对加工细长轴时的受力和变形进行了分析,讨论了影响细长轴加工精度的因素,并从装夹方式、刀具角度、切削用量,以及新加工方法等方面阐述了提高细长轴加工精度的措施，得出切削细长轴减少其弯曲变形,保证轴的加工精度的基本方法关键词细长轴锥形车削方法刀具选择（一）前言细长轴的直径和长度之比(L/D)一般都大于20，车削时机床—工件—刀具工艺系统的刚性较差，工件极易弯曲且产生振动，特别是加工锥形部分刚度更差。另外，由于细长轴热扩散性差，切削过程中切削热使工件产生的线膨胀，也会使工件容易产生腰鼓形、麻花形、竹节形等缺陷，不易获得满意的表面粗糙度及几何精度。因此车削细长轴，尤其上锥形细长轴时，关键是要提高工艺系统的刚度，这对刀具、机床、辅助工具和工艺方法均有较高要求。（二）车削细长轴常见的工件缺陷细长轴的定义：当工件长度跟直径直比大于20～25倍（L/d>20～25）时，称为细长轴。常见的工件缺陷产生原因及削除方法：1.弯曲　　1）坯料自重和本身弯曲。应经校直和热外省处理。　　2）工件装夹不良，尾座顶尖与工件中心孔顶得过紧。　　3）刀具几何参数和切削用量选择不当，造成切削力过大。可减小切削深度，增加进给次数。　　4）切削时产生热变形。应采用冷却润滑液。　　5）刀尖与支承块间距离过大。应不超过2mm为宜。　2.竹节形　　1）在调整和修磨跟刀架支承块后，接刀不良，使第二次和第一次进给的径向尺寸不一致，引起工作全长上出现与支承块宽度一致的击期性直径变化。当削中出现轻度竹节形时，可调节上侧支承块的压紧力，也可调节中拖板手柄，改变切削浓度或减少车床大拖板和中拖板间的间隙。　　2）跟刀架外侧支承块调整过紧，易在工件中段出现周期性直径变化，应调整压紧，使支承块与工件保持良好接触。　　3.多边形　　1）跟刀架支承块与工件表面接触不良，留有间隙，使工件中心偏离旋转中心。应合理选用跟刀架结构，正确修磨支承块弧面，使其与工件良好接触。　　2）因装夹、发热等各种因素造成的工件偏摆，导致切削深度变化。可利用托架、并改善托架与工件的接触状态。 　　4.锥度　　1）尾座顶尖与主轴中心线对床身导轨的不平行。　　2）刀具磨损。可采用0°后角，磨出刀尖圆弧半径。　5.表面粗糙　　1）车削时的振动。　　2）跟刀架支承块材料选用不当，与工件接触和磨擦不良。3）刀具几何参数选择不当。可磨出刀尖圆弧半径，当工件长度与直径比较大时亦可采用宽刃低速光车。（三）常见细长轴的车削方法使用中心架支承车细长轴在车削细长轴时，可使用中心架来增加工件刚性。一般车削细长轴使用中心架的方法有：1、中心架直接支承在工件中间当工件可以分段车削时，中心架支承在工件中间，这样支承，L/d值减少了一半，细长轴车削时的刚性可增加好几倍。在工件装上中心架之前，必须在毛坯中部车出一段支承中心架支承爪的沟槽，表面粗糙度及圆柱度误差要小，否则会影响工件的精度。车削时，中心架的支承爪与工件接触处应经常加润滑油。为了使支承爪与工件保持良好的接触，也可以在中心架支承爪与工件之间加一层砂布或研磨剂，进行研磨抱合。2、用过渡套筒支承车细长轴 用上述方法车削支承承中心架的沟槽是比较困难的。为了解决这个问题，可加用过渡套筒的处表面接触，。过渡套筒的两端各装有四个螺钉，用这些螺钉夹住毛坯工件，并调整套筒外圆的轴线与主轴旋转轴线相重合，即可车削。使用跟刀架支承车细长轴跟刀架固定在床鞍上，一般有两个支承爪，跟刀架可以跟随车刀移动，抵消径向切削时可以增加工件的刚度，减少变形。从而提高细长轴的形状精度和减小表面粗糙度。从跟刀架的设计原理来看，只需两只支承爪就可以了，因车刀给工件的切削抗力F`r，使工件贴住在跟刀架的两个支承爪上。但是实际使用时，工件本身有一个向下重力，以及工件不可避免的弯曲，因此，当车削时，工件往往因离心力瞬时离开支承爪、接触支承爪而产生振动。如果采用三只支承爪的跟刀架支承工件一面由车刀抵住，使工件上下、左右都不能移动，车削时稳定，不易产生振动。因此车细找轴时一个非常关键的问题是要应用三个爪跟刀架。（四）锥形细长轴的车削方法举例如图1所示，细长轴的材料为45钢。由于长径比大，表面精度要求较高，锥形部分的车削难度较大，采用常规的加工方法很难满足质量要求。图1通过分析，设计人员制定了合理的工艺方案，有效避免了在加工圆柱外圆时受切削力影响产生的弯曲变形，增强了在加工锥形部分时工件的刚度，减小了加工过程中的振动，提高了锥形细长轴的加工质量，取得了良好的加工效果。具体 方法如下：细长轴外圆的车削1.钢丝圈2.跟刀架3.工件4.弹簧顶尖图2在加工工件的f6-0.03外圆时，采用图2所示的装夹方法安装工件，为减小车削时工件的振动和弯曲变形，加工过程中采用了反向走刀的加工方法。首先在工件3的外圆上套一开口钢丝圈1，使工件与卡爪间成线接触(钢丝圈起万向调节的作用)，伸入卡盘用卡爪夹紧。在工件的另一端钻一圆柱孔作顶尖孔，以使顶尖与圆柱孔成线接触，消除工件旋转时的蹩劲现象；尾座顶尖采用有伸缩性的弹簧顶尖4，这样工件可轴向伸缩，补偿切削热引起的膨胀。同时，跟刀架2配备三个支承爪，底部采用弹簧支承爪，支承爪的支承面与工件研配。切削过程中跟刀架三个支承爪与车刀组成两对径向压力，以平衡车削时产生的径向力。车刀主偏角k=75°～90°，前角g=15°～20°，并磨制圆弧形切削槽，以减小背向切削力，增大轴向切削力。锥形部分的车削1.工件2.衬套3.叉形支承4.转塔5.车刀柄6.轴7.螺钉8.U形板9.螺柱10.平板图3锥形部分的车削需对卧式车床的转塔和横刀架进行改造(见图3)。在横刀架上固定一块平板10，在平板10上以螺柱9为旋转中心安装一块可转动的U形板8，根据细长轴锥形部分的锥度将其旋转至要求后用螺钉7固定在平板10上。在U形板8上固定一根轴6，车刀柄5以其有衬套的孔在轴6上滑动。同时，在转塔4上固定一个叉形工件支承3，工件1通过叉形支承3的衬套2进入叉内，叉的内侧开有槽，车刀通过槽进入叉内进行车削。由于刀柄5也是固定在转塔4上的，当转塔4向机头推进时，车刀便将进入叉内的细长轴车成了图示的锥形。（五）刀具选择 合理选择车刀几何形状车削细长轴时，由于工件刚性差，车刀的几何形状对工件的振动有明显的影响。选择时主要考虑以下几点：1、由于细长轴刚生差，为减少细长轴弯曲，要求径向切削力越小越好，而刀具的主偏角是影响径向切削力的主要因素，在不影响刀具强度情况下，应尽量增大车刀主偏角。车刀的主偏角取kr=80°～93°。2、为减少切削烟力和切削热，应该选择较大的前角，取r0=15°～30°。3、车刀前面应该磨有R11.5～3的断屑槽，使切削顺利卷曲折断。4、选择正刃倾角，取入=3°使切削屑流向待加工表面，并使卷屑效果良好。5、切削刃表面粗糙度要求在Ra0.4以下，并要经常保持锋利。6、为了减少径向切削力，应选择较小的刀尖圆弧半径（re<0.3mm）。倒棱的宽度也应选得较小，取倒棱宽br1=0.5f。车削细长轴的车刀1、刀片材料为YT15硬质合金。2、切削用量：粗车时，切削速度vc=50～60m/min；进给量f=0..3～0.4mm/r；切削深度ap=1.5～2mm。精车时，切削速度vc=60～100m/min；进给量f=0.08～0.12mm/r；切削深度ap=0.5～1mm.。3、采用乳化液作切削液。4、适用范围：适用于车削光杠、丝杆等细长轴。（六）结束语因此，车细长轴一种难度较大的加工工艺。虽然车细长轴的难度较大，但它也有一定的规律性，主要抓住中心架和跟刀架的使用、解决工件热变形伸长以及合理选择车刀几何形状等三个关键技术，问题就迎刃而解了。参考文献1.《高速车削细长轴》作者史洪志2.《细长轴的车削方法》作者李永祥