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细长轴车削工艺分析
Dec 26, 2012  来源:  作者:沈阳机床股份有限公司 白丽艳

      1 细长轴简要概述

 

      工件的长度与直径之比大于25(即L/D>25)的轴类零件统称为细长轴。因为细长轴刚性差、车削加工时因受切削力、切削热和振动等的作用与影响,非常容易产生变形,导致直线度、圆柱度等加工误差出现,其在技术要求上很难达到图样上的形位精度和表面质量,导致切削加工非常的困难。L/D 值越大,会使车削加工越困难。在多重力度(切削力、重力、顶尖顶紧力)的作用下,对横置的细长轴的影响是非常大的,很容易使其弯曲或是出现不够平稳的状况。如何做好控制工艺系统的受力及受热变形成为专业人士非常关注的问题之一,也成为提高细长轴的加精度的关键之处。因此,我们有必要采取有效的能提高细长轴的加工精度的方法和必要的措施提高细长轴的刚性,只有这样才可以得到良好的几何精度和理想的表面粗糙度,对细长轴的加工工艺予以提高。

 

      2 细长轴加工难度大的主要原因

 

      车细长轴的难度较大,也成为机械加工中的一个难题,在加工过程中受机器设备、人员以及刀具的影响较大,多方面因素的影响会使细长轴加工精度出现浮动。所以,在加工细长轴时,应及时找出影响其工艺出现缺陷的各种因素,并采取适当的措施予以解决。

 

      由于细长轴刚性差,在加工过程中受外力影响较大,例如切削力、夹紧力、重力和惯性力等都会对其造成影响,出现变形的状况,从而使刀具和零件之间的位置产生偏差,降低了零件加工的精度。细长轴的长度对走刀的时间会造成一定的影响,同时也会加重刀具的磨损程度,会降低零件的几何形状制做的准确度。由于细长轴的热扩散的性能不高,导致其在切削热的作用下产生较大的线膨胀。如果轴的两端为固定支承,就会呈现出由于工件的伸长而造成顶弯的状况,因此会导致工件的形状发生改变,达不到预期想要的效果。

 

      3 车削引起细长轴弯曲变形的原因

 

      3.1 切削力的原因

 

 

      3.2 切削热的原因

 

      车削热的产生对工件的影响是:它在车削的加工过程中,由于车削产生的车削热会对影响工件的加工效果,因而会导致其热伸长。在车削的过程中,一些辅助工具的位置是固定不变的,例如,卡盘的位置是固定的,而尾架顶尖也是被固定住的,由于这两者的位置是固定不变的,它们之间的距离也成为固定的距离。而细长轴在加工过程中,由于受热导致轴向伸长量的变动,会使其出现渐渐伸长的状况,这样的话很容易导致细长轴受到轴向挤压,出现弯曲变形的状况。根据以上的分析,可以得出这样的结论,我们可以把提高细长轴加工精度的问题等同于控制工艺系统的受力及受热变形的问题。

 

      4 提高细长轴加工精度的几点方法

 

      随着机械制造和科学技术的发展,人们对细长轴的要求不仅仅停留在以往的水平上,而加工难度也在不断增加,因此,若想保证细长轴的加工精度有必要采取一定的措施,减少变形弯曲的状况发生,将圆度和圆柱度形状的误差降到最低。以下提出几点提高细长轴加工精度的预防措施。

 

      4.1 细长轴装夹方式

 

      一般轴类在机床装夹中普遍采用的装夹方式有两种:一种是两顶尖的装夹方式,另一种则是一夹一顶的装夹方式。而对于细长轴的加工则不宜采用两顶尖装夹方式,细长轴的本身是具有一定的重力的,若使用两顶尖装夹,就会出现由于来自自身力的影响产生弯曲的状况,出现中心孔与顶尖的接触受到影响的情况,这种操作会导致在切削力的作用下将细长轴顶出,造成细长轴脱落。由此可见,在实际车削加工中最理想的选择还是选用一夹一顶装夹细长轴的方式。

 

      4.2 辅助支撑的选择

 

      采用一夹一顶的方式是一种比较好的选择,它使细长轴的热变伸长量不会受到控制,但由于切削力的作用会使细长轴发生径向弯曲,而可以选用一些辅助工具减小切削力对细长轴造成的变形的状况,这样可以利用中心架或跟刀架加以支撑,通过这种方式来提高工件系统的刚性。

 

      4.3 选择合理的刀具角度

 

      在车削过程中,为保证最佳的精度,减少细长轴弯曲变形,我们要将切削力控制在一定的范围之内,也就是说,车削力控制的越小离精确度越近。而对切削力影响比较大的因素有前角、主偏角和刃倾角。细长轴车刀要保证以下几点要求:将切削力和径向分力一定要控制在一定范围内,要保证刀刃锋利的同时也要考虑刀具的寿命。以下对前角、主偏角以及刃倾角对车削过程中细长轴的影响进行多角度的分析。

 

      ①前角(γ0)。对于前角的大小涉及影响的因素也是很多的,例如对切削力、切削温度和切削功率的影响是比较直接的,调整前角的大小,增大前角对切削力的降低有一定的作用,所以在细长轴车削的过程中,在车刀的强度能保证的情况下,尽可能的增大刀具的前角,前角一般取γ0=150

 

      ②主偏角(kr)。我们不能低估车刀主偏角kr 对径向力的影响,主偏角的大小对三个切削分力的大小有着直接的影响。与前角对切削力的影响类似,主偏角的增大对切削力的减小也起到一定的作用。

 

      ③刃倾角(λs)。倾角的影响比较大,关系着车削过程中切屑的流向、刀尖的强度及三个切削分力的比例关系。伴随着刃倾角的增大,径向切削力就会明显减小,但是轴向切削力和切向切削力较之前有所增大。

 

      4.4 改善切削受力的措施

 

      切削加工过程中,相对刚度较高的轴类工件而言,轴向切削力对它们起不到任何作用的。而对于细长轴来说,在它的加工过程中,影响它的因素有很多种,而轴向力则是其中的一种,轴向力可将刚性差的细长轴顶弯。

 

      因此,我们一般会选用反向切削法对细长轴加工进行车削。反向车削法是使刀具沿车床导轨,由卡盘向尾座方向进给。使用这种切削方式的好处很多,一方面解决了细长轴被轴向切削力顶弯的问题,另一方面也减小了由于径向切削力作用而引起的切削变形问题。

 

      4.5 补偿热一次形伸长量的措施

 

      ①准确把握切削用量。选择准确的切削用量将会直接影响到切削力的大小,同时也会对引起的切削热的多少有着重要的影响,也就是说对车削细长轴所造成的变形程度也是不同的。

 

      ②用弹性活动顶尖补偿。由于受切削热作用使细长轴产生伸长,通过弹性活动顶尖内的碟形弹簧受到压缩,而顶尖遇到弹簧自然而然会退后,从而避免了细长轴出现弯曲的状况,使车削加工顺利进行。

 

      ③充分浇注切削液。车削细长轴时,由于切削产生的热量较大,有必要在支撑爪与工件摩擦部位加入适量的冷却油或者切削液,避免温度过高对工件的精度造成影响。在切削区也应大面积的浇注切削液,这样可以防止过高的热量传导至工件,有效地抑制热变形伸长量。

 

      5 结语

 

      在对细长轴加工过程中,由于车细长轴的难度大,而且影响其精度的因素又比较多。我们有必要采用有效的措施和合理的操作方法排除影响细长轴精度的因素,有效的提高其加工精度。在加工过程中,操作人员一定随时观察操作过程中出现的异常情况,要注意多观察、多听、以便随时发现设备运行中产生的问题,提高注意力,不断完善细长轴的加工工艺水平。

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