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机械毕业设计论文
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细长轴加工工艺分析,机械毕业设计论文
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京电子科技职业学院机械工程学院毕业论文 1 PAGE * Arabic 7 1 引言 细长轴的加工是车削中比较棘手的问题，原因是细长轴刚性差，在加工中极容易变形，使零件的误差增大，不易保证零件的加工质量。细长轴在机诫系统中运用比较广泛，一根轴的加工质量会直接影响到机器的正常运转。临钢在加工备件细长轴过程中，发现该轴的加工特点，零件的装夹，刀具的合理选用及切削用量等方面做一些探讨和分析。我们在实践中，经过不断摸索 ，采用各种车削装置：如三支承块跟刀架、弹性活络顶针、垫块、托架支承：车削中采用反向进给车削，配合以最佳的刀具几何参数、切削用量、等一系列有效措施。提高了超细长轴的刚性，满足了加工要求。使的加工的超细长轴效果良好，表面粗糙度达到 Ra3.2以上，锥度误差在工件全长 4m中仅 0.04mm，椭圆度为 0.01mm，弯曲度仅为 0.15mm。且工效大大提高nts 京电子科技职业学院机械工程学院毕业论文 2 PAGE * Arabic 7 2 第一章 细长轴的概念及技术参数 1.1细长轴的概念 先介绍一下什么叫细长轴，通常轴的直径与长 度之比大于 7细叫长轴，大于即 L/d 25的轴称之为超细长轴。 2.细长轴刚性较差，在加工过程中因床及刀具事业者多因素等影响，工件易产生，弯曲腰鼓形，多角形，糖糊芦形等等缺陷，特别是磨削加工中一般尺寸占差，表面粗糙度又要求较高，又因磨削时工件一般要求谇火式调质等热处理要求，磨削时的切削热更容易引起工件变形等等，因此如何解决好上述的问题，便成了加工超细长轴关键问题。 1.2细长轴的主要技术参数 图 1为细长轴零件图，尺寸及精度（ mm）： 20 0.05， 25 0.05；形状精度要求： 25外圆的圆柱度公差为 0.05mm；位置精度要求：两 20 0.0.5外圆的同轴度公差为 0.03mm。 nts 京电子科技职业学院机械工程学院毕业论文 3 PAGE * Arabic 7 3 第二章 细长轴变形的原因及措施 2.1 细长轴变形的原因分析 在加工过程中，由于中间工艺过程控制不当而造成细长轴弯曲变形，虽然床的工作台上校正，但效果仍不理想，究其原因有以下几点：（ 1）切削中工件受热产生变形，甚至会使工件卡死在顶尖间而无法加工；（ 2）细长轴本身刚性差，工件受削力作用而弯曲，从而引起振动，影响工件精度和表面粗度；（ 3）工件高速旋转时，在离心力作用下，会加剧弯曲振动。因此，车削细长轴的关键技术是解决加工 工 件 的 弯 曲 变 形 问 题 。 2.2控制细长轴变形的主要措施 1加工前的准备工作 （ 1）校直工作 （ 2）加工前呸料必须进行校直 2. 工件装夹 （ 1）粗车时，采用一夹一顶装夹，并用中心、架辅助支承；精车时，采用两顶尖安装工件，并用跟到架辅助支承。 （ 2）在卡盘夹紧工件的卡爪面垫入 4 20mm钢丝，夹入长度为 1520mm，如图 2-1所示，使工件与卡爪之间为线接触。 （ 3）在尾座装置弹性活络顶针，当工件发生弯曲变形或受热膨胀时，顶针能作一定的轴向位移。 nts 京电子科技职业学院机械工程学院毕业论文 4 PAGE * Arabic 7 4 图 2-1 工件装夹 3. 跟到架，中心架的使用调整 跟带架固定在床鞍上，要求每个支承爪都能与轴保持相同的间隙，并能自由移动，使用时需对各支承爪与工件的间隙，并注油润滑。 中心架支承爪的圆弧要与工件外行圆弧等，在低速运转中，每个支承爪与外圆保持相同的微小间隙，并作自由移动，使用时注意注油润滑和调整。 4. 工件轴线与车床主轴相同与两顶尖装夹工件削轴类零件相同，工件轴线与车床主轴需同 轴。 5机床间隙调整 调整机床主轴全跳动量不大于 0.01mm，床身导轨在水平面和垂直面不大于 0.04mm。大 .中 .小滑板与导轨之间的间隙合适。 6 . 跟刀架结构 跟刀架固定在床鞍上，一般有两个支承爪，跟刀架可以跟随车刀移动，抵消径向切削时可以增加工件的刚度，减少变形。从而提高细长轴的形状精度和减小表面粗糙度。从跟刀架的设计原理来看，只需两只支承爪就可以了，因车刀给工件的切削抗力 Fr，使工件贴住在跟刀架的两个支承 爪上。但是实际使用时，工件本身有一个向下重力，以及工件不可避免的弯曲，因此，当车削时，工件往往因离心力瞬时离开支承爪、接触支承爪而产生振动。如果采用三只支承爪的跟刀架支承工件一面由车刀抵住，使工nts 京电子科技职业学院机械工程学院毕业论文 5 PAGE * Arabic 7 5 件上下、左右都不能移动，车削时稳定，不易产生振动。因此车超细长轴时一个非常关键的问题是要应用三个爪跟刀架，结构如图 2所示。 图 2 跟刀架 1）为使跟刀架保持良好的刚性，配备有三只支承块 (材料为 QT60-2)，使其与工件研磨后紧密贴合。跟刀架支承块与工件表面接触不良，留有间隙，易造成工件中心偏离旋转中心，从而产生多边形。应合理选用跟刀架结构，正确修磨支承块弧面，使其与工件良好接触。切削运行时呈滑动配合，使工件保持在切削旋转轴线上。 （ 2）在调整和修磨跟刀架支承块后，如接刀不良，使第二次和第一次进给的径向尺寸不一致，引起工件全长上出现与支承块宽度一致的周期性直径变化，在切削 中出现轻度竹节形。可通过调节上侧支承块的压紧力，使支承块与工件保持良好接触：通过调节中拖板手柄，改变切削浓度或减少车床大拖板和中拖板间的间隙：从而加以消除。nts 京电子科技职业学院机械工程学院毕业论文 6 PAGE * Arabic 7 6 第三章 细长轴的加工及影响加工的因素 3.1 细长轴如何加工 细长轴的刚性较差为了控制弯曲变形一般加工细长轴的时候都采用跟刀架 ,加工的时候要对 跟刀架进行预磨损那样架子的脚的圆弧可以和工件加工的尺寸很 好的吻合 ,架子支在工件上的力量最好是感觉用手拧的时候轻微的有一点点的吃劲就行千万不要支的过紧但也不能太松 .要不工件很容易出现竹节 .冷却液要跟上还有要注意顶尖顶的不要紧适当的时候在加工的过程中还要松一松 ,车刀的前角要锋利一些还要保证良好的断削或能排削 !如果直径和长度的比例达到 1比 50 的话一般都是用反走刀的方法来加工的 ,就是由床头向床尾的方向走刀 .那样加工过的地方所受的是拉力可以很好的减小震动 .如果长度较长达到 2.5米以上的话最好采用支脚是轴承的跟刀架那样支脚几乎是不磨损的可以很好的控制 !长度和直径的比例太大 的还可以把顶尖改装成卡盘式的 !车削的时候反走刀 ,尾座在往后拽一些就可以很好控制震动的产生 .还有转速不要过高特别是用普通的跟刀架的时候，那样架子会磨损的很快的，走刀量也不要过大特别是正走刀切削的时候。走刀量一般都要控制在 15到 30道那样！精车的时候还要减低。 3.2 细长轴加工时应考虑 1.材料，在条件允许的情况下，应选择刚性好，易切削的材料，或经过热处理在改变材料的组织性能。 2.刀具，选择刀尖圆弧小的刀具，以增加刀具的锋利度。 3.改变切 削用量，适当的切削用量是加工的关键。让过积销瘤区和刀具的磨损区。 4.分开粗精车，在半精车的最后一刀和精车的量尽量保持一致。 5.选择合适的切削nts 京电子科技职业学院机械工程学院毕业论文 7 PAGE * Arabic 7 7 第四章 检测细长轴加工时误差 4.1 自测量技术检测细长轴加工时误差 1、细长轴的高精度主要是轴外径和圆度指标，以往多依靠机床自身加工定位精度和辅 助装置来保证，加工时机床数控系统所显示的加工数值仅仅是机床自身的运动精度而已，根本就不好似零件。 2、由此为数控机床增加一套在先测量装置。针对细长轴的精度指标特点，利用检测元 件对细长轴直径作自动电气接触式测量，并且测头可与刀具作随动保持。零件适时加工的尺寸被检测元件检测到后，通过信号采集和处理单元后传给数控系统，数控系统经处理后生成外径度数据，经与要求的轴加工数据进行比较后自动调整刀具的进给 参 数 ， 以 减 小 加 工 误 差 ， 适 应 加 工 精 度 要 求 。nts 京电子科技职业学院机械工程学院毕业论文 8 PAGE * Arabic 7 8 第五章 热变形 5.1 减少工件的 热变形伸长 车削时，由于切削热的影响，使工件随温度升高而逐渐伸长变形，这就叫 “ 热变形 ” 。 在车削一般轴类时可不考虑热变形伸长问题，但是车削细长轴时，因为工件长，总 伸长量长，所以一定要考虑到热变形的影响。工件热变形伸长量可按下式计算。 L=aL t 式中 a 材料线膨胀系数， 1/ ； L 工件的总长， mm； t 工件升高的温度， 。 常用材料的线膨胀系数，可查阅有关附录表。 例 车削直径为 25mm，长度为 1200mm的细长轴，材料为 45钢，车削时因受 切削热的影响，使工件由原来的 21 上升到 61 ，求这根细长轴的热变形伸长量。 解： 已知 L=1200mm; t=61 -21 =40 ;查表知， 45钢的线膨胀系数a=11.59 10-6 1/ 根据公式得： L=aL t=11.59 10-6 1200 40=0.556mm 从上式计算可知，细长轴热变形伸长量是很大的。由于工件一端夹住，一端顶住，工件无法伸长，因此只能本身产生弯曲。细长轴一旦产生弯曲后，车削就很难进行。 5.2 减少工件的热变形主要可以采取以下措施 1 、使 用弹性回转顶尖 用弹性回转顶尖加工细长轴，可有较地补偿工件的热变形伸长，工件不易弯曲，车削可顺利进行。 2、加注充分的切削液 车削细长轴时，不论是低速切削还是高速切削，为了减少工件的温升而引起热变形，必须加注切液充分冷却。使用切削液还可以防止跟刀架支承爪拉毛工件，提高刀具的使用寿命和工件的加工质量。 3、刀具保持锐利 以减 少 车 刀 与 工 件 的 摩 擦 发 热 。nts 京电子科技职业学院机械工程学院毕业论文 9 PAGE * Arabic 7 9 第六章 加工细长轴的工具及加工分析 6.1 1、刀片材料为 YT15硬质 合金。 2、切削用量：粗车时，切削速度 v c=50 60m/min；进给量 f=0.3 0.4mm/r；切削深度 a p=1.5 2mm。精车时，切削速度 v c=60 100m/min；进给量 f=0.080.12mm/r ；切削深度 a p=0.5 1mm.。 3、采用乳化液作切削液。 4、适用范围：适用于车削光杠、丝杆等细长轴。 6.2 工艺及变形分析 在车削细长轴时采用的传统装夹方式主要有两种：一种是细长轴的一端用卡盘夹紧，另一端用尾座顶尖支撑（一夹一 顶）；另一种是细长轴的两端均由顶尖支撑（双顶尖）。 通过分析可以看出，车削波导电铸芯子等细长轴类零件引起弯曲变形的原因主要有： 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。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，径向力将会把细长轴顶弯，使其在水平面内发生弯曲变形。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。由于细长轴的刚性和稳定性较差，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。nts 京电子科技职业学院机械工程学院毕业论文 10 PAGE * Arabic 7 10 结论 本文阐述了细长轴的加工经验 ,从加工工具和工艺过程两个方面系统的分析了影响工 件加工精度的主要因素 ,从消除加工过程中工艺系统误差角度分析了切削力的产生和分解 ,阐述了刀具几何角度。为了适应用户对模具制造的高精度、短交货期、低成本的迫切要求，模具工业正广泛应用现代先进制造技术来加速模具工业的技术进步，满足各行各业对模具这一基础工艺装备的迫切需求 .据国外资料介绍，球墨铸铁曲轴采用圆角滚压工艺与离子氮化结合 使用进行复合强化，国内部分家近几年也进行了这方面的实践，取得了良好的效果 .制造技术的发展趋势。切削方法及切削用量与切削力之间的关系 ,论述了为消除过程中切削力对刀具几何角度 ,切削方法及切削用量选择的要求和加工过程中采取的工艺措施nts 京电子科技职业学院机械工程学院毕业论文 11 PAGE * Arabic 7 11 致谢 该论文是在老师指导下完成的，导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使 我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。本论文从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此，谨
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