浅谈细长轴车削加工方法.doc

细长轴车削变形因素及解决方法探讨周秀香华亭煤业集团公司砚北煤矿 摘要：通过对细长轴类零件车削加工时产生弯曲变形的原因分析,阐述了保证细长轴加工质量的工艺方法、切削用量以及刀具几何角度的选择。在机械加工过程中，有很多轴类零件的长径比L/d25。在切削力、重力和顶尖顶紧力的作用下, 横置的细长轴很容易弯曲甚至失稳, 因此, 车削细长轴时必须改善细长轴的受力问题。 加工方法： 采用反向进给车削, 选用合理的刀具几何参数、切削用量、拉紧装置和轴套式跟刀架等一系列有效措施。一、车削细长轴产生弯曲变形的因素分析 在车床上车削细长轴采用的传统装夹方式主要有两种：一种方式是：一夹一顶安装；另一种方式是：两顶尖安装。这里主要分析一夹一顶的装夹方式。如图1所示。 图1 一夹一顶装夹方式及受力分析通过用普通车床实际加工分析，车削细长轴弯曲变形的原因有： 1、切削力导致变形 在车削过程中，产生的切削力可以分解为轴向切削力PX、径向切削力PY及切向切削力PZ。不同的切削力对车削细长轴时产生弯曲变形的影响是不同的。 径向切削力PY的影响：径向切削力是垂直作用在通过细长轴轴线水平平面内的，由于细长轴的刚性较差，径向切削力将会把细长轴顶弯，使其在水平面内发生弯曲变形.径向切削力对细长轴弯曲变形的影响，见图1。 轴向切削力PX的影响：轴向切削力是平行作用在细长轴轴线方向上的，它对工件形成一个弯矩。对于一般的车削加工，轴向切削力对工件弯曲变形的影响并不大，可以忽略。但是由于细长轴的刚性较差，其稳定性也较差，当轴向切削力超过一定数值时，将会把细长轴压弯而发生纵向弯曲变形。如图2所示。 图2 轴向切削力的影响及受力分析2、切削热产生的影响 车床加工工件时产生的切削热，会引起工件热变形伸长。由于在车削过程中，卡盘和尾架顶尖都是固定不动的，因此两者之间的距离也固定不变。这样细长轴受热后的轴向伸长量受到限制，导致细长轴受到轴向挤压而产生弯曲变形。 由此可以看出，提高细长轴的加工精度问题，实质上就是控制工艺系统的受力及受热变形问题。 二、解决细长轴加工变形问题的措施 在细长轴加工过程中，为提高加工精度，应根据不同的生产条件，采取不同的措施，才能保证细长轴的加工精度。 1、选择合适的装夹方法在普通车床上车削细长轴的两种传统装夹方式中，采用双顶尖装夹，工件定位准确，容易保证同轴度。但用这种方法装夹细长轴，其刚性较差，细长轴弯曲变形较大，而且容易产生振动.因此只适宜于安装长径比不大、加工余量较小、同轴度要求较高的工件。但是在我们单位加工细长轴通常采用一夹一顶的装夹方式，如果顶尖顶得太紧，可能将细长轴顶弯外，或者阻碍车削时细长轴的受热伸长，导致细长轴受到轴向挤压而产生弯曲变形。另外卡爪夹紧面与顶尖孔可能不同轴，装夹后会产生过定位，也能导致细长轴产生弯曲变形.所以采用一夹一顶装夹方式时，顶尖必须采用弹性活顶尖，使细长轴受热后可以自由伸长，减少其受热弯曲变形；还可以在卡爪与细长轴之间垫入一个开口钢丝圈，以减少卡爪与细长轴的轴向接触长度，消除安装时的过定位，减少弯曲变形，以保证细长轴的加工精度。如图3所示。 图3 一夹一顶装夹的改进方式2、直接减少细长轴受力变形 （1）采用传统的跟刀架和中心架，相当于在细长轴上增加了一个支撑，增加了细长轴的刚度，可有效地减少径向切削力对细长轴的影响。（2）采用轴向夹拉法车削细长轴，轴向夹拉车削是指在车削细长轴过程中，细长轴的一端由卡盘夹紧，另一端由专门设计的夹拉头夹紧，夹拉头给细长轴施加轴向拉力，如图4所示。 图4 轴向夹拉车削及受力情况在车削过程中，细长轴始终受到轴向拉力，解决了轴向切削力把细长轴压弯的问题。同时在轴向拉力的作用下，会使细长轴由于径向切削力引起的弯曲变形程度减小；补偿了因切削热而产生的轴向伸长量，提高了细长轴的刚性和加工精度。 （3）采用反向切削法车削细长轴：反向切削法是指在细长轴的车削过程中，车刀由主轴卡盘向尾架方向进给，如图5所示。 图5 反向切削法加工及受力分析这样在加工过程中产生的轴向切削力使细长轴受拉，消除了轴向切削力引起的弯曲变形。同时，采用弹性的尾架顶尖，可以有效地补偿刀具至尾架一段的工件的受压变形和热伸长量，避免工件的压弯变形。（4）采用双刀车削细长轴改装车床中滑板，增加后刀架，采用前后两把车刀同时进行车削，如图6所示。 图6 双刀加工及受力分析两把车刀，径向相对，前车刀正装，后车刀反装。两把车刀车削时产生的径向切削力相互抵消。工件受力变形和振动小，加工精度高，适用于批量生产。（5）采用磁力切削法车削细长轴：我们采用的磁力切削法的原理与反向切削法原理基本相同。在车削过程中，细长轴由于受到磁力拉伸的作用，可以减少细长轴加工时的弯曲变形，提高细长轴加工精度。3、合理地控制切削用量切削用量选择的是否合理，对切削过程中产生的切削力的大小、切削热的多少是不同的。因此对车削细长轴时引起的变形也不同。（1）切削深度(t)：切削深度是指在工艺系统刚度确定的前提下，随着切削深度的增大，车削时产生的切削力、切削热随之增大，引起细长轴的受力、受热变形也增大。因此在车削细长轴时，应尽量减少切削深度。（2）进给量(f)：车床车削时进给量增大会使切削厚度增加，切削力增大。但切削力不是按正比增大，因此细长轴的受力变形系数有所下降.如果从提高切削效率的角度来看，增大进给量比增大切削深度有利。（3）切削速度(v)：提高切削速度有利于降低切削力。这是因为，随着切削速度的增大，切削温度提高，刀具与工件之间的摩擦力减小，细长轴的受力变形减小。但切削速度过高容易使细长轴在离心力作用下出现弯曲，破坏切削过程的平稳性，所以切削速度应严格控制。对长径比较大的工件，切削速度要适当降低。4、选择合理的刀具角度 为了减小车削细长轴产生的弯曲变形，要求车削时产生的切削力越小越好，而在刀具的几何角度中，前角、主偏角和刃倾角对切削力的影响最大。（1）前角()： 车刀的前角大小直接着影响着切削力、切削温度和切削功率.增大前角，可以使被切削金属层的塑性变形程度减小，切削力明显减小。增大前角可以降低切削力，所以在细长轴车削中，在保证车刀有足够强度前提下，尽量使刀具的前角增大，前角一般取=1317。（2）主偏角(kr):车刀主偏角的大小影响着3个切削分力的大小和比例关系。随着主偏角的增大，径向切削力明显减小，切向切削力在6090时却有所增大。在6075范围内，3个切削分力的比例关系比较合理。在车削细长轴时，一般采用大于60的主偏角。（3）刃倾角(s)；车刀的倾角影响着车削过程中切屑的流向、刀尖的强度及3个切削分力的比例关系。随着刃倾角的增大，径向切削力明显减小，但轴向切削力和切向切削力却有所增大。刃倾角在-10+10范围内，3个切削分力的比例关系比较合理。在车削细长轴时，常采用正刃倾角0+10，以使切屑流向待加工表面。以上是我在加工细长轴的过程中，针对所出现的问题采取的一些措施，以及分析了这些措施的可行性。在日常的加工过程中通过采用合适的装夹方式和先进的加工方法，选择合理的刀具角度和切削用量等措施，保证细长轴刚性，尽可能减少车削时产生的受力