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发表于 2007-7-21 15:34:09
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来自： 中国浙江台州
刚在网上找到的一个加工方法拿来大家讨论一下可行性：% v, B5 _( k7 S2 m! l# C
（正文部分超 细 长 轴 的 加 工 2 N" |% F! F- Y0 A: c5 A! K7 a
赵建中 胡小峰 ' T0 z# k/ B1 |/ r
（四川 绵阳） 0 n! n# h, |# w ~+ R
! c% Q$ P( b5 `; m
摘要 细长轴的长径比大于20，刚性很差，在加工中产生的切削力、切削热、振动等因素都将直接影响工件加工的尺寸精度和形位精度。加工难度大，当用较高的切削速度加工长径比大于100的细长轴时，则加工难度更高。细长轴常规的加工方法为一夹一顶或两顶，而本文介绍的是一种新的加工方法——两拉加工法。 8 f0 |+ k- {9 y. _/ q, \
关键词 细长轴 两顶 两拉
1 B( J+ j) d) S( ] z, H k" ^前言 以前我车间加工长径大于40，直径公差、形位公差为6级精度的细长轴，采用常规的加工方法装夹加工，很难达到加工要求，且经常造成产品在精加工时报废，而影响产品交付日期、大大提高加工成本。我们经过多次分析、试验，在零件热处理、装夹、加工方法、刀具等方面采取了一定的技术措施，可加工出长径比大于100，直径公差、形位公差较高的细长轴。直径值小于5mm的超细长轴可用“两位”方法直接加工；由于工件自身重力的作用，直径大于5mm的超细长轴要采用“跟刀架、中心架”与“两拉”联合使用的方法加工。
3 n- }6 c" @; C8 \, N. @! u正文 由于细长轴的长、径比很大，刚性很差。在车削时，受切削力、装夹力、自身重力、切削热、振动等因素的影响，容易出现以下问题： / E, C5 o& w& r' P
（1）切削时产生的径向切削力与装夹径向分力的合力，会使工件弯曲，工件旋转时引起振动，从而影响加工精度和表面质量。 3 z& l9 U$ R9 d1 s& I. f
（2）由于工件自重变形而加剧工件的振动，影响加工精度和表面质量。 ; x# [! R: S) w2 l! a
（3）工件转速高时，离心力的作用，加剧了工件的弯曲和振动。 + F1 T; K+ ]' v4 K4 C P
（4）在加工中，由于切削热作用，也会引起工件弯曲变形。
2 _. v# u# Z2 i, b- j因此，在车削细长轴时，无论对刀具、机床、辅助工具、切削用量的选择，工艺安排和操作技能都有较高的要求。 % t8 F+ J* U) P; T1 C
1 合理选择切削参数 % K; d1 x0 z4 s; w4 g( Y
1.1 切削用量的选择
4 |6 ~( E. K; V; f: z" S4 ]: X（1） 切削速度V的选择 ： 图一是没有再生颤振时的切削速度与振动强度及稳定 （a） (b) [; ^8 ^2 _; ]2 c& D& J
图一 车削速度对切削稳定性的影响
2 q( k9 }) @9 ] (a)切速V与振幅A的关系曲线 (b)V与awlim的关系曲线 / R; v; I {' _ ^% i: w+ `
性的关系曲线。从图（a）可知，车削时， 一般当V=30~70m/mm的速度范围内，容易产生振动，此时相应的振幅有较大值，高于或低于这个范围，振动呈现减弱趋势。当加工直径小于10mm时，取v≦30m/min；当加工直径大于10mm时，取v≧70m/min。图（b）是极限切削宽度与切速的变化关系曲线。由图可知，在高速或低速范围进行切削，自振就不易产生。特别是在高速范围内进行切前，既可提高生产率，又可避免切削颤振，是值得采用的方法。
$ Z( y8 ?2 c0 q! V# l/ B9 ]0 i（2） 进给量f的选择：振动强度随进给量f的增大而减小，如图二（a），极限切削
; k0 c. g1 k7 z9 ^+ V (a) (b)
: ~9 O) r: x) t U# L1 \# a+ E6 L 图二 进给量f对切削稳定性的影响
4 s# u& g: U5 G* P/ y (a) f与A的关系曲线 (b) f与awlim的关系曲线 , i/ G$ V k: J1 U& ^* R9 ^
宽度随进给量的增大而增大，如图二（b）。为了避免颤振的产生，在许可的情况下（如机床有足够的刚度，足够的电机功率，工件的表面粗糙度参数值要较低等），应选取大的进给量。故粗车时取f=0.15mm，半精车时取f=0.1mm，精车时取f=0.06mm。
9 j2 |: }- F$ g+ v+ ^% V" p8 q" A; w5 n（3） 切削深度ap的选择：车削时，切削宽度aw=ap/sinkr，kr为刀具的主偏角。切削深 / R$ }: d# J6 K7 v/ V" W/ z6 P- ?
" T/ `6 E# T& r' g' O （a） (b )
: o9 n- R( i: P! n- \, r" R 图三 切削深度对切削稳定性的影响
" d, G( _* A. i/ U7 r X4 c1 Y (a)ap和A的关系曲线 (b)f和ap对稳定性的影响 # O) \/ Z' ~' Y: F' ?
度对切削稳定性的影响如图三所示，由图可知随着ap增大，振动不断加大。当f增大时，极限切断深度也随之加大。所以，为了加大极限切削深度aplim必须增加进给量f，这有利于发挥机床的功率，提高生产效率。故粗车时取ap =1mm，半精车时取ap =0.5mm，精车时取ap =0.1mm。 3 K. ^7 k7 R" ~" {9 W
（4） 应尽量避免宽而薄的切屑的切削，否则极易颤振。 7 e) n- y7 M9 }! ~$ B0 q5 @! O" A
1.2 合理选择刀择刀具几何参数 ( ~5 o7 ?8 A, m- l) l
刀具几何参数的合理选择，常常是实现稳定切削简便而行之有效的方法。
2 h- j5 n: s/ {8 p: v; p（1） 前角r0 ： 前角r0对振动的影响如图四所示，随着前角的增大，振动随之下降，但在切前速度较高的范围内，前角对振动的影响将减弱。由于细长轴车削速度一般不会太高，
6 C3 ^* E4 c: y! ?+ G/ _- z, j 图四 刀具前角对振动的影响 图五 刀具主偏角对振动强度的影响
, ?* r, i2 {) [4 T1 Y4 |- D故此在粗加工中取r0=20°，精车时取r0=25°。
" z3 k, m/ t* _（2） 主偏角Kr 主偏角Kr对振动强度的影响见图五，当切削深度和进给量不变时，随着主偏角的增大，振幅将逐渐减小，这是因为径向切削力减小了，同时实际切削宽度aw将减小。在粗车削细长轴时取Kr=75～80°，精车时取Kr=85～90°的刀具进行切削，可避免或减小振动。
/ Y7 d* C, E& Y7 q8 J" G（3） 后角a0 一般来说，后角对切削稳定性无多大影响，但当后角减小到2~3°时，使振动有明显的减弱，在生产中也发现，后刀面有一定程度的磨损后，会有显著的减振作用。 3 U/ y, C# _3 T, Q/ z
（4） 刀具圆弧半径rs 刀尖圆弧半径rs增大时，径向分量力随之增大，为避免自振rs越小越好。但随rs的减小，将会使刀具寿命降低，同时也不利于表面粗糙度的改善。故加工时，断屑槽宽度取R1.5～3,刀尖圆弧r=0.5. ' I2 Q7 e2 ?# b# M; v2 @- ~
2 细长轴加工中应采用的技术措施。 # Q; d, c2 [9 U$ s6 x7 ]
（1） 细长轴加工中传统的加工方法：
+ \# {9 O% A/ g7 ^5 b传统装夹方法一—两顶（即为一夹一顶），其一般都利用过定位原理，使用跟刀架或中心架作为辅助支撑来增加工件的刚性。通过调节尾座的回转中心提高工件的同轴度；在装夹时，尽量采用线接触以起到一定的方向调节的作用。这一加工方法，对要求不高的细长轴没有问题，但对于精度要求高或长径比很大的超细长轴就很难加工出合格产品。由于顶尖的顶力作用，致使轴在加工中受到的径向弯曲力加大，从而使轴的弯曲变形加大，轴的加工精度降低。再加之切削热及跟力架与中心架的摩擦热使工件产生热膨胀，工件胀长增大了轴的弯曲度，另外跟力架与中心架的脚爪中心线可能与轴中心线不完全同心。因此，一夹一顶的传统方法，加工超细长轴，即使使用中心架、跟刀架来增加零件的刚度，也不能很好的消除弯曲变形，，加工精度低。。 k; q4 }% ?: f$ v( v% c$ |* l
（2） 细长轴两拉加工法。 7 v( M" Q1 M. c% Q, d
针对传统装夹方法的缺陷，可以采用两拉（即一夹一拉）的装夹方法来解决这一问题，装夹时仍需要在夹紧层上垫一开口钢丝圈，使工件与卡爪之间的夹持变为线接触，以起到类似万向节的作用，工件的另一端由改制的顶尖（如图六所示）拉紧，其拉紧力越大加工效果就越好。
' S, ?0 ?8 ~% ]+ o* K' }6 e2 `. K% ^根据前面的分析可知，两位加工方法，由于两端拉力，致使轴在 加工中受的径向弯曲力减小，而使轴的弯曲变形减小； 图六 改制顶尖
9 F1 p2 N8 a! e. }. w1 j再加之切削热及摩擦热是使工件受热膨胀增长，两拉作用力能很好地防止工件胀长顶死而弯曲变形，故此，两拉加工方法与传统加工方法相比，能有效地提高工件的加工精度。 / i: s* [* S5 E6 f" c8 I4 ^
（3） 细长轴的两拉车削工艺：
, H+ {( Q$ @5 d细长轴一般采用先按改制后的顶尖内螺纹孔配车拉螺纹：粗车→半精车→精车→拉螺纹。装夹中如用跟刀架或中心架，应注意保证其各脚爪面有80%～90%的部位与工件配合。装刀要高于中心线0.1mm，以减小切削力。
: `$ t, W, `# T" {' m首先：校直工件，然后进行粗车，切削时如没有出现问题，中途不能停车，因车刀不断有正常磨损，所以不时要用外卡（凭经验）测量刚切削出来的轴径变化。同时应适当微量进刀，补偿车刀的磨损量，粗车后表面粗糙度可达12.5。如开始切削工作出现有竹节、麻花、振纹等现象时，要退刀，这时可减慢一档速度或轴中间加可摆动的木垫作辅助支承（视加工轴的大小），即可减少离心力起减振作用。要注意的是：“粗车第一刀一定要切净黑皮”。因工件表皮的硬度不一，且有弯曲，所以粗车后的轴一定有弯曲变形现象，要视变形大小，再交校直工件。 " J6 l/ h r$ G- @: x# j
其次：半精车，换上车刀，换上小一级数的跟刀架、中心回、卡爪的脚爪（视轴的大小而定），重复粗车时的各项程序进行切削，半精车后轴通常不会弯曲变形，表面粗糙度可达6.3左右。
" b, l! @# m" B8 I- q. Y5 _2 _最后：精车，刃口与工件接触面约是进给量的1.5~2倍，如采用低速精车，中途可随意停车测量工件尺寸变化，也可在切削中作微量补偿进给。这样虽然便于控制工件尺寸精度。但不便于提高其表面质量。我们在生产中多采用红硬性、耐磨性都很好的刀片，进行较高速切削，尺寸精度可达6级，表面粗糙度可达1.6以上。
0 W+ ?5 a. G( t, G( z' U（4） 采用合理的进给方式
# l% @9 I, I8 a8 t采用反向进给，即车刀向尾座方向作进给运动，这样作的目的是减小车削的轴向分力对工件弯曲变形的不利影响，工件已加工部分受轴向拉伸，弯曲变形减小。且反向进给相对于正向进给而言，平稳性和抗振性好，更容易保证产品的质量。
2 k2 k) }* O# s% n" V) I, l（5）使用冷却液充分冷却 1 @9 i r: }! R1 T, z
在零件加工时，由于切削热引起零件变形，变形量公式为： 4 v% e- F, v- E0 @
△L=L.a.△t
0 [) g+ f" c- x' o1 j式中：△L——工件伸长量，单位为mm & V# V$ ]: S; i: O4 a' E' [& ^, N
L——工件总长，单位为mm
* R" {3 p7 x/ q' g8 m w! {4 U- m) p a——材料线膨胀系数，1um/℃ ' {( T& }7 H9 y) F# W; b3 x
△t——工件升高温度，℃。 " P- ^( M) R9 a* Q5 Q7 z0 V
由变形量公式可知，热度形量与温升成正比，因此，必须有效控制零件温升。采用冷却液对加工工件进行充分冷却、润滑，吸收切削产生的热量，改善刀具与工件的摩擦情况，降低切削热、减小热变形和刀具磨损，从而提高加工精度。 [4 B, M( @- W
结 论：通过多次实验，按照本文提出的加工方法能加工各种超细长轴，包括比车床加工范围长两倍以内的细长轴，能保证工件的尺寸精度和形位精度。 : @+ ^- m) y$ J: |) l* ?& V
参考文献
4 W7 v5 G. [( r2 H+ E' y/ Q1、机械制造工艺学（修订本）机械工业出版社出版 1982年1月北京第一版 0 w9 M0 k& e/ r
2、金属切削工具 上海科学技术出版社出版 1984年12月第1版
* d: ~1 Y5 r7 N! k7 z3、金属工艺学 高等教育出版社出版 1982年4月第2版） |
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发表于 2007-7-21 13:21:39