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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：/ G- t: g( Z" C$ L/ K+ l+ f
（正文部分超 细 长 轴 的 加 工 * t. d/ ]6 [' a. Y9 V
赵建中 胡小峰 - g7 x+ `5 x0 G0 g, @" }
（四川 绵阳） % c8 N. ^! u3 {* A; `
, V$ {# e7 y9 x1 V7 O; {* u: K* @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。
( F4 B% t J1 S0 h8 t1 y I/ ^8 Z关键词 细长轴 两顶 两拉
8 m: X# D3 {) Q* F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。
, y% _3 m) M+ t5 |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：
/ K1 h% X0 y3 k P+ M% |6 O（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。
( W; e' i {" c8 ?6 S" z（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。
: K: e1 z& a' i5 {* i3 a$ l0 o; K% W（3）工件转速高时，离心力的作用，加剧了工件的弯曲和振动。
2 }8 z5 v2 g8 E$ v. a' z9 \（4）在加工中，由于切削热作用，也会引起工件弯曲变形。
|5 n. q( \9 y6 @: l }% I5 A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。
' b7 _; C2 R3 g! G$ g# p1 合理选择切削参数
& B6 w8 j3 o6 h2 Z1.1 切削用量的选择 & \+ {! l- V! J% P
（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) 6 A( C+ @2 b) b, y( K/ v/ Z
图一 车削速度对切削稳定性的影响 - @3 q! g/ k0 J. D5 E
(a)切速V与振幅A的关系曲线 (b)V与awlim的关系曲线 O4 f; D! H: L8 a* J ~1 N
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。 Q) M( y( ~3 S3 c
（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
# Y6 w4 I8 _6 b3 A, \ (a) (b) : p& i+ Y/ Z7 N* Q' T9 ~/ l: o
图二 进给量f对切削稳定性的影响 # @% B/ d$ c! l2 |5 G
(a) f与A的关系曲线 (b) f与awlim的关系曲线 8 j' x( I9 q' T) |3 }# d- e
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。
3 M0 q+ Z* G) w8 |/ J6 X" Z（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 2 y- E" B- R& E% h0 v$ R( H
- C; \& J1 i: E2 C5 ` （a） (b )
9 f' F. ~+ t7 s( e- k' x 图三 切削深度对切削稳定性的影响
% V% H: o7 Z8 y( D) H! z (a)ap和A的关系曲线 (b)f和ap对稳定性的影响
1 ]) D/ t) g- @' w, |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。 & d) |8 c3 Y; |$ N4 A2 h
（4） 应尽量避免宽而薄的切屑的切削，否则极易颤振。
: K6 F. k5 U' ?* n* N; i1 X1.2 合理选择刀择刀具几何参数
3 R" n5 l$ ^* g( Z( j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。
" v; \! y$ L4 U, V, U（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，
H/ D8 U7 z; r 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
" A( j# y a4 |( G& Q1 y故此在粗加工中取r0=20°，精车时取r0=25°。 - ?# G" b8 O4 s! e
（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。 ; T! f! x( t" y7 T) y" [
（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。
* d- o5 @+ h3 X' D（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. 7 t/ C; Q( n: Z; v/ j
2 细长轴加工中应采用的技术措施。
; k$ Z, p, Q$ n（1） 细长轴加工中传统的加工方法： 4 w1 C; d4 b! ]6 ?/ B. X; C
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。。 0 t* C4 [9 X3 h2 }
（2） 细长轴两拉加工法。
W6 \; I6 a" K2 t$ e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。
9 ^2 u* u9 g% r+ {1 w' b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 6 T5 T; m# K% g: C* R
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。
# T# E9 P. X) p2 y（3） 细长轴的两拉车削工艺：
, ~$ w/ R7 v z) k: K3 |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。
7 H! l0 C* {" p# ]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。
2 w/ a' G; s. l( p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。
' z1 `( O, F& M( B" n! T) |% Y+ p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。 + h. V U) R( v4 M( Y/ N: }
（4） 采用合理的进给方式 5 p3 }6 G4 W: R$ L( W: z m5 W
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。
0 n6 g9 g0 t& y0 l I+ _) q（5）使用冷却液充分冷却
1 g# b3 E: R' t$ X9 _# |) z& }! V在零件加工时，由于切削热引起零件变形，变形量公式为： 9 P N3 \$ I% N, ?( G$ |# O( c
△L=L.a.△t ( ]4 l" W- ?* J
式中：△L——工件伸长量，单位为mm 4 t" I; @# X0 f$ k
L——工件总长，单位为mm % F8 m/ t2 B0 K* Y" J
a——材料线膨胀系数，1um/℃
/ }/ ^* A0 B1 y, {# C △t——工件升高温度，℃。 ! e! @3 L' P; U4 c& S% n% s( i' K
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。
$ P3 A) a$ |% K6 l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。
" ~5 k4 S" x) X0 e参考文献 9 U2 _4 U: f9 }7 e6 n$ D/ N
1、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
8 t, W6 @# W8 w2、金属切削工具 上海科学技术出版社出版 1984年12月第1版
) R, p( V4 S3 d$ B8 Y* t& i3、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