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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：/ l" z0 u3 y$ ~& n \# ^7 \
（正文部分超 细 长 轴 的 加 工 7 q4 M" ?5 r8 X0 a; x
赵建中 胡小峰 ( n! G+ h7 W, I! s, N$ o* I4 \0 o
（四川 绵阳）
, p0 C# G8 r2 ?% O$ `2 X% q: o) V
* M; Q5 h$ a0 x+ ~4 C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。
" B4 o7 {* {+ B0 y6 d+ ^关键词 细长轴 两顶 两拉 ! N! M1 Y( O% Q& v6 j7 c1 `
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。 * e* V# n' P7 y" ?! L% ]
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：
. n! _1 a/ `2 s（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。 * P: |0 n* _( A) N
（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。 ; E0 W8 |7 C F4 ?6 a) P
（3）工件转速高时，离心力的作用，加剧了工件的弯曲和振动。 ! e4 T1 {% |2 W. Q
（4）在加工中，由于切削热作用，也会引起工件弯曲变形。
9 ]7 }: I" B4 T& Q1 Y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。 ' @8 g6 E6 e \; v9 j
1 合理选择切削参数 ; m0 X9 ^% T/ w( s
1.1 切削用量的选择
4 t9 @" e2 t8 S4 Y) m# 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)
4 C+ W$ @7 K( b/ G. d 图一 车削速度对切削稳定性的影响
% d9 V/ k, D% E% k- Z5 L( i+ x (a)切速V与振幅A的关系曲线 (b)V与awlim的关系曲线
+ H% q: H3 M& g4 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。 " _$ Y; T: L X& y4 K! s
（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 7 Q! A9 Y2 U3 |1 I# X% r5 Y
(a) (b) z$ A2 S. m' Z: b
图二 进给量f对切削稳定性的影响 7 F& _& q6 t- L
(a) f与A的关系曲线 (b) f与awlim的关系曲线
+ S7 R+ ]1 P. J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。 / }; B6 n' x! n$ f
（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 q- S- U& A; X& D) a: ^
. z" X$ Z+ m1 o p" P4 @, d1 r2 B. z W
（a） (b ) 3 I7 Q- X+ ]1 j
图三 切削深度对切削稳定性的影响 ) i8 W$ t/ i. {7 U. {
(a)ap和A的关系曲线 (b)f和ap对稳定性的影响
w2 ? L. i" K) @4 f3 ]" E1 \$ j8 E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。 # N7 _$ f' @/ S+ o: R6 ~
（4） 应尽量避免宽而薄的切屑的切削，否则极易颤振。 % U8 f& B; f/ \8 B- Q/ H
1.2 合理选择刀择刀具几何参数 . ?% c& J& L7 I3 m u4 V7 D
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 M' N7 H9 g# ^( O5 @' I6 c' L* Y
（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，
1 U) ]2 W$ M' 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 2 [- ^4 k! B- J
故此在粗加工中取r0=20°，精车时取r0=25°。 5 j/ U' V- F0 F0 R6 G
（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。 _3 z Q3 Q: V* K" [7 ^; }- }
（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。
/ v; s, L, p. o7 Y（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.
; i/ F. _2 E2 }/ @5 j8 N2 细长轴加工中应采用的技术措施。
, w* ?' j, E1 e0 x" I（1） 细长轴加工中传统的加工方法： 6 k' i0 ?7 U! J, Z9 F
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 P4 f6 o& ~4 w6 [( A' w3 Q& N
（2） 细长轴两拉加工法。
) a7 w6 E4 x8 I; U1 F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。
* h- v5 k' A: K/ H Q& n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 $ p- C( {9 b2 d" `8 J4 F+ y
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。
/ o, w' [5 p# }7 |（3） 细长轴的两拉车削工艺：
' O- e# n4 U& ]' f' q- O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。
/ K3 m( B" y) a! l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。 / p* G) }7 N6 ~4 g
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。 M7 c: G* A, o& T8 m+ j+ ^
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。
9 |4 Y2 g1 n) @, q（4） 采用合理的进给方式
7 ]* G8 l) [1 i2 g# Y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。
5 C- b$ U9 l0 A# C( c7 u* Z0 O- U（5）使用冷却液充分冷却 2 J4 v6 [6 W" V
在零件加工时，由于切削热引起零件变形，变形量公式为： $ t1 I, g+ c: A( v" U
△L=L.a.△t
# v5 w( }$ t; n Z0 {% J( q式中：△L——工件伸长量，单位为mm * X& [- u9 i8 \, l; Z& V9 I' g
L——工件总长，单位为mm
- b/ ~, T; F9 ^1 ` a——材料线膨胀系数，1um/℃
0 U: w- E0 ` E" f$ M △t——工件升高温度，℃。 8 S' @. x9 }# O' O w! v F
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。
3 V& u( V% W: X) `9 _% i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。 1 s; W7 Y% c5 u% R9 R6 V/ n% X& }
参考文献
5 K2 L! W! |+ D2 }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 + h- [/ c, |$ s3 Z
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
8 D2 ^) Q, q* f* [5 X# l' C: A3、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