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细长轴加工

发布时间:2016-03-04 15:06 作者:盛唐 次数:

 
  所谓细长轴就是工件的长度与直径之比大于25(即L/D>25)的轴类零件称为细长轴。在切削力、重力和顶尖顶紧力的作用下,横置的细长轴是很容易弯曲甚至失稳,提高细长轴的加工精度问题,就是控制工艺系统的受力及受热变形的问题。因此,采用反向进给车削,配合以最佳的刀具几何参数、切削用量、拉紧装置和轴套式跟刀架等一系列有效措施。 以提高细长轴的刚性,得到良好的几何精度和理想的表面粗糙度,保证加工要求。
  根据我多年来在车工生产实习教学实践经验谈一谈细长轴的车削。请同行多多指教。
  一、细长轴在加工中是最常见的问题
  1、热变形大。
  细长轴车削时热扩散性差、线膨胀大,当工件两端顶紧时易产生弯曲。
  2、 刚性差。
  车削时工件受到切削力、细长的工件由于自重下垂、高速旋转时受到离心力等都极易使其产生弯曲变形。
  3、 表面质量难以保证。
  由于工件自重、变形、振动影响工件圆柱度和表面粗糙度。
  二、怎样提高细长轴加工精度及预防措施
  1、 选择合适的装夹方法
  (1)双顶尖法装夹法。采用双顶尖装夹,工件定位准确,容易保证同轴度。但用该方法装夹细长轴,其刚性较差,细长轴弯曲变形较大,而且容易产生振动。因此只适宜于长径比不大、加工余量较小、同轴度要求较高、多台阶轴类零件的加工。
  (2)一夹一顶的装夹法。采用一夹一顶的装夹方式。在该装夹方式中,如果顶尖顶得太紧,除了可能将细长轴顶弯外,还能阻碍车削时细长轴的受热伸长,导致细长轴受到轴向挤压而产生弯曲变形。另外卡爪夹紧面与顶尖孔可能不同轴,装夹后会产生过定位,也能导致细长轴产生弯曲变形。因此采用一夹一顶装夹方式时,顶尖应采用弹性活顶尖,使细长轴受热后可以自由伸长,减少其受热弯曲变形;同时可在卡爪与细长轴之间垫入一个开口钢丝圈,以减少卡爪与细长轴的轴向接触长度,消除安装时的过定位,减少弯曲变形。
  (3)双刀切削法。采用双刀车削细长轴改装车床中溜板,增加后刀架,采用前后两把车刀同时进行车削。两把车刀,径向相对,前车刀正装,后车刀反装。两把车刀车削时产生的径向切削力相互抵消。工件受力变形和振动小,加工精度高,适用于批量生产。
  (4)采用跟刀架和中心架。采用一夹一顶的装夹方式车削细长轴,为了减少径向切削力对细长轴弯曲变形的影响,传统上采用跟刀架和中心架,相当于在细长轴上增加了一个支撑,增加了细长轴的刚度,可有效地减少径向切削力对细长轴的影响。
  (5)采用反向切削法车削细长轴。反向切削法是指在细长轴的车削过程中,车刀由主轴卡盘开始向尾架方向进给。这样在加工过程中产生的轴向切削力使细长轴受拉,消除了轴向切削力引起的弯曲变形。同时,采用弹性的尾架顶尖,可以有效地补偿刀具至尾架一段的工件的受压变形和热伸长量,避免工件的压弯变形。
  2、选择合理的刀具角度
  为了减小车削细长轴产生的弯曲变形,要求车削时产生的切削力越小越好,而在刀具的几何角度中,前角、主偏角和刃倾角对切削力的影响最大。细长轴车刀必须保证如下要求:切削力小,减少径向分力,切削温度低,刀刃锋利,排屑流畅,刀具寿命长。从车削钢料时得知:当前角γ0增加10°,径向分力Fr可以减少30%;主偏角Kr增大10°,径向分力Fr可以减少10%以上;刃倾角λs取负值时,径向分力Fr也有所减少。
  (1)前角(γ0) 其大小直接着影响切削力、切削温度和切削功率,增大前角。可以使被切削金属层的塑性变形程度减小,切削力明显减小。增大前角可以降低切削力,所以在细长轴车削中,在保证车刀有足够强度前提下,尽量使刀具的前角增大,前角一般取γ0=150 .车刀前刀面应磨有断屑槽,屑槽宽B=3.5~4mm, 配磨 br1=0.1~0.15mm,γ01=-25°的负倒棱,使径向分力减少,出屑流畅,卷屑性能好,切削温度低,因此能减轻和防止细长轴弯曲变形和振动。
  (2)主偏角(kr) 车刀主偏角Kr是影响径向力的主要因素,其大小影响着3个切削分力的大小和比例关系。随着主偏角的增大,径向切削力明显减小,在不影响刀具强度的情况下应尽量增大主偏角。主偏角Kr=90°(装刀时装成85°~88°),配磨副偏角Kr‘=8°~100 .刀尖圆弧半径γS=0.15~0.2mm,有利于减少径向分力。
  (3)刃倾角(λs)倾角影响着车削过程中切屑的流向、刀尖的强度及3个切削分力的比例关系。随着刃倾角的增大,径向切削力明显减小,但轴向切削力和切向切削力却有所增大。刃倾角在-10°~+10°范围内,3个切削分力的比例关系比较合理。在车削细长轴时,常采用正刃倾角+3°~+10°,以使切屑流向待加工表面。
  (4)后角较小a0=a01=4°~60°,起防振作用。
  3、合理地控制切削用量
  切削用量选择的是否合理,对切削过程中产生的切削力的大小、切削热的多少是不同的。因此对车削细长轴时引起的变形也是不同的。粗车和半粗车细长轴切削用量的选择原则是:尽可能减少径向切削分力,减少切削热。车削细长轴时,一般在长径比及材料韧性大时,选用较小的切削用量,即多走刀,切深小,以减少振动,增加刚性。
  (1)背吃刀量(ap) 在工艺系统刚度确定的前提下,随着切削深度的增大,车削时产生的切削力、切削热随之增大,引起细长轴的受力、受热变形也增大。因此在车削细长轴时,应尽量减少背吃刀量。
  (2)进给量(f) 进给量增大会使切削厚度增加,切削力增大。但切削力不是按正比增大,因此细长轴的受力变形系数有所下降。如果从提高切削效率的角度来看,增大进给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。这是因为,随着切削速度的增大,切削温度提高,刀具与工件之间的摩擦力减小,细长轴的受力变形减小。但切削速度过高容易使细长轴在离心力作用下出现弯曲,破坏切削过程的平稳性,所以切削速度应控制在一定范围。对长径比较大的工件,切削速度要适当降低。
  三、 结论
  细长轴的车削加工是机械加工中比较常见的一种加工方式。由于细长轴刚性差,车削时产生的受力、受热变形较大,很难保证细长轴的加工质量要求。通过采用合适的装夹方式和先进的加工方法,选择合理的刀具角度和切削用量等措施,可以保证细长轴的加工质量要求。以上是我在多年实习指导教学中一点经验仅供参考,也许还有更好的办法来提高细长轴的车削方法,最终使学生在实习操作中更快掌握这项技术,把自己的专业操作水平提高到一个新的层次。

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