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浅议细长轴零件的车削加工
Dec 26, 2012  来源:  作者:齐齐哈尔二机床集团 王刚

     工人们常说:钳工怕钻眼,车工怕车杆。车工怕车杆就是指车细长轴。因为细长轴工件的细长比大,刚性差,切削中易热胀变形和振动;连续切削时间长,刀具磨损量大,致使工件形位精度和表面粗糙度不容易达到图样要求,可见车削细长轴是难掌握的加工技术。

 

      易产生弯曲与振动因为细长轴的长径比大,刚性很差,车削时如果装夹不当,很容易因切削力及重力的作用而发生弯曲变形,从而产生振动,影响加工精度和表面粗糙度。热变形大由于轴向尺寸大且散热性差,在切削热的作用下,会产生相当大的线膨胀。如果轴的两端为固定支承,则工件会因受热膨胀而挤压变形。当轴高速旋转时,这种弯曲引起的离心力会进一步加大轴的变形。 刀具磨损大由于细长轴轴向尺寸大,进给量较小,走刀所用时间很长,刀具磨损大,工件容易产生锥度。

 

      对操作者的技能要求高在细长轴整个车削过程中,对机床的调整、辅具的应用、刀具与切削用量等都提出了严格的要求。如某一环节处理不当,都可能影响加工精度。

 

     

     

      长期以来,“跟刀架车削法”、“反向车削法”等加工方法是我国解决细长轴车削的传统加工模式。近些年来,随着工业生产中对与细长轴类零件需求的增加,特别是航天用的铝基复合材料的细长螺杆、机床用高精度的传动丝杠等,对细长轴的加工提出了更高的要求。于是国内许多学者专家对细长轴的加工进行了深入研究,并提出了很多改进办法。针对细长轴的结构特点,现在大多采用大进给量反向切削的方法以消除轴向切削力所引起的弯曲变形。但采用此法,应对工件的装火方法、刀具、火具等方面作如下改进:机床的调整细长轴的加工过程需要使用床身导轨的全部或大部分,因此机床本身的精度对加工效率、质量有着相当重要的影响。首先,检验车床尾座套筒中心与主轴旋转中心是否在同一中心线上,就车床导轨而言不能产生高低不平或横向水平位移;其次,检验调整主轴间隙,使主轴旋转平稳,大、中、小滑板配合间隙适当;然后要求床身导轨平直不能出现凸凹现象。跟刀架与中心架是车削加工细长轴时不可缺少的辅具。

 

      辅具的正确使用对保证切削加工的顺利进行和提高工件的加工质量起着重要作用。普通车床上的跟刀架有两个支承块,与工件接触面小,刚性差,不能满足高速切削细长轴的要求。改用带有二个弧面支承块的跟刀架,支承块的轴心线互成900。每个支承块用较好的耐磨HT200 灰铸铁制造,因为这种材料的磨损较小能保证加工精度,不会研伤工件表面,能提高工件表面的光洁度,同时可注入冷却液。支承块弧面与工件的配合间隙应控制在0.02~0.03mm 范围内,并目与工件接触良好。保证支承块对工件的作用力在其半径方向,并通过轴心线。这样使工件上、下、左、右的移动受到限制,只能绕轴线旋转,有效地减少车削振动和工件的变形。采用具有摩擦消振装置的中心架,来消除车削时的振动,从而提高加工时的精度。

 

      在切削过程中,由十工件温度的升高,会产生热伸长。在没有弹簧顶尖或不及时调整顶尖的支承力的情况下,会引起工件的弯曲变形。故机床的尾座上顶尖应采用弹簧顶尖,同时还要注意细长轴顶尖孔的质量.辅助托架采用可调节的辅具,除中心架、跟刀架可靠地支承工件外,视工件的长度定,在工件下面放置可调节式的托架。可调节托架一方面能托牢工件,另一方面还有消振作用。随着现代制造技术的高度发展,对机械产品精度的要求也越来越高,无论机械加工,还是被加工的工件,在加工过程中其动态特性对产品质量的影响逐渐受到重视。模态分析已经成为研究细长轴车削时振动变形特点的主要手段,振型曲线揭示了细长轴的振动变形规律。

 

      影响细长轴车削加工质量的因素很多,其动特性很复杂,很难从某一方向的研究得到完美的解释,因此研究内容和方法也各有不同。振动是细长轴车削中的主要难题,然而这方面的理论研究却很少,一方面是因为非线性切削动力学的复杂性;另一方面数据采集也是一个难题。

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