小锥度深孔在普通车床上的加工

1、摘 要锥度深孔的加工是普通车床车削加工中的一个难题。文中分析比较了传统加工中存在的问题，通过设计带配重的圆锥刀杆，选择合理的刀具几何参数及切削用量，探索出在普通车床上加工锥度深孔的经济加工方法，使切削振动减小，加工成本降低，产品质量到达要求，为生产解决了加工关键问题。关键词：小锥度深孔，刀具几何参数，切削参数，配重圆锥刀杆一、概述在普通车床上加工锥度深孔的常用方法有以下三种：调整小刀架的角度，转动小刀架手轮，手动纵向进给；拆掉横刀架的横向进给丝杆，装车锥度的专用靠模；在车床上安装一套专用工装。第一种方法：进给行程只有150mm，会使长锥孔表而留下接刀痕迹，零件表面粗糙度不均匀，加工效率低。第二

2、种方法拆卸、安装、凋整时间长，且靠模长度要大于零件锥孔的长度。第三种方法适合大批量生产。某厂有一批300多件锭模钢管，材料为45钢热轧钢管，零件如图1所示。该产品加工难点：长锥孔加工，零件长度与孔径比等于10，刀杆细长，削振动大，表面粗糙度难以保证。本文主要研究如何用普通车床加工此工件，达到质量要求并降低加工成本。图1、零件图二、根据车床加工锥度的原理设计加工方案（1）车床加工锥度原理：一般工件直接装夹在主轴的卡盘上，工件的旋转轴线和主轴同轴。如果工件的旋转轴线和刀具进给方向存在夹角，工件旋转、刀具直线进给时，即可加工出锥度，该夹角即为锥度半角。（2）计算锭模钢管要求的锥角只有5925”。为了

3、研究加工这样小锥角工件能否不要工装，我们选一台刚性好的加长c620车床做试验。在主轴孔中插入检验捧，拔出床头箱的两个定位销，拧松紧固螺钉，将床头箱绕其中点逆时针转动。经测量发现，主轴轴线最大转动可达l°30，这说明用转动床头箱的方法可加工锥角3°以下的锥孔。选用500mm长带锥柄的圆柱形检验棒插入主轴孔内，取其490mm一段，通过主轴轴线应转过的锥度半角a计算该段两端的差值，设差值为y，则：。用百分表测量检验棒该段的两端点，缓慢地旋转床头箱，使百分表在两端点的差值为4.235mm。当百分表读数误差为0.01mm时，零件锥孔两端直径相差0.033mm。拧紧紧固螺钉，再复检y值

4、，确保锥度的准确性。加工时用三爪卡盘夹紧零件的一端，零件的另一端用中心架托住。刀杆固定在中拖板上，即可使用自动走刀加工锥孔。三、刀杆设计的试验深孔加工由于刀杆细长，刚性很差，切削振动大，容易发生让刀、扎刀，使加工难以进行。刀杆的振动是要解决的关键问题。在车床加工中有强迫振动和自激振动，前者主要是外力所致，后者因在切削过程中产生的交变力，激励工艺系统，工艺系统产生位移，再反馈给切削过程，形成自激振荡，维持振动的能量米源于机床的能量。刀杆有质量和弹性，也可用无限自由度的悬臂梁表示，其固有频率可用静刚度和重量比来描述，静刚度用下式表示：k=3ei/l3式中，k：静刚度，e：材料的弹性模量；l：悬臂的

5、长度；j：转动惯量。刀杆的振幅a与切削力f和静刚度k的关系以a=f/a表示，刚度越大切削过程越稳定，固有频率越高振动越小。切削加工系统中产生振动的因素很多，即使选择了最合适的刀杆还是不能抑制由其它振动系统引起的振动。最简易的方法就是试验法，根据上述的振动原理以及设备的具体状况进行试验，找出最佳的方案。为此，需对刀杆进行试验，对刀具几何参数及切削用量进行合理选择。3.1 刀杆的材料选择使用弹性模量较大的45钢，经调质热处理hb217255，使刀杆回复弹性变形的能力加强。3.2 刀杆设计固有频率可用静刚度和重量比表示，应尽可能减小悬臂端的有效重量，将前刀杆制作成圆锥形，使原来圆柱形36.5kg减至

6、27.6kg，圆锥形的结构使刀杆具有较高的动、静刚度。对于刀杆后端部c，一般取之为零，而这样前刀杆因自重产生挠度，在静态的情况下就存在着不平衡。又采取了增设后刀杆c部且重量与刀杆前部等重的设计，如图2。图2 刀杆3.3装刀槽的设计装刀槽有两种形式，在刀杆端部开槽或距端部约20mm处开一个方孔，前者可提高刀具和刀杆的连接刚度，并能减小刀杆长度，增加前刀杆静刚度。所以装刀槽设计为在刀杆端部开槽，槽上方用2个螺栓在车刀正面上定位。装刀槽的位置如图2所示，使刀具安装后，刀尖略高于工件轴心线。但当刀尖高于轴心线0.1mm时，就可能引起车削振动及在加工表面上产生双曲线误差。3.4 刀杆与车床的连接长刀杆的

7、装夹通常是利用刀杆夹持器连接，现改用在圆柱形刀杆上铣削一个200*50mm长的底平面，拆除小滑板和尾座，在中拖板上加一个使刀杆轴线与主轴轴线等高的垫铁，用4个螺栓将刀杆和垫铁直接固定中拖板的圆槽内，减少一个振动环节，提高了刀杆与车床连接的刚度。3.5 切削试验（1）工件一端用三爪自动定心卡盘夹住，另一端装上锥堵，用顶尖顶起，在距卡盘一端50mm处，加工一段40mm长的外圆，见光即可。调头装夹，在已加工的外圆处用中心架托起。加工时调整中心架的支撑爪，校正工件，使支撑爪和工件接触良好，并注意润滑。（2）切削用量的选择：转速185r/min，背吃刀量1.0mm，进给量0.2mm/r。（3）切削试验：

8、车削开始后，随着刀杆的前移，刀头受切削力的影响，使刀杆呈周期性的变形，中拖板与大拖板燕尾槽之间的镶条，其结构细长刚性差使刀架刚度大大降低，加剧了振动影响。工件表面产生较大振纹。调整中拖板与大拖板之间、大拖板与床身导轨之间的间隙，使各自间隙最小。此时振纹减小，但依然存在。试验又采取在后刀杆c的尾部上逐步加重的措施，当重量达到比前刀杆重3.1kg时，振纹基本消失，切削趋于平稳。四、刀具几何参数及切削用量的选择切削自激振动是从切削过程中产生的，从工艺角度上要合理选择刀具几何参数和切削用量，减小内振力，使切削振动降到最小。4.1 刀具的几何参数前角r0对振动的影响较大，增大前角r0。可使切削轻快、振幅

9、减小；增大主偏角kr，副偏角kr使径向切削力fp减小，轴向力ff增加。 fp是使刀杆变形的主要原因，而增加ff，可使振动衰减，适当增加后角a0可提高刀具寿命：减小刀圆弧半径r0，当r0等于背吃刀量ap时，刀具振动最大，应避开此振动的临界点；为了便于排屑，在前刀面磨出外斜形断屑槽，使切屑成c形片状；刃倾角rs取正值，使切屑流向待加工面；在主刀后面磨一段负倒棱，可增加减振效果。所选角度如表l。表1 刀具角度4.2 合理选择切削参数切削宽度b背吃刀量ap关系可以ap=表示，b对振动影响较大，ap增大时b亦增大，振动则加强；进给量f增大可使振幅减小，但表面粗糙度将增高；从切削速度v与振幅a的关系曲线可

10、知，在v=30-70r/min范围内容易产生振动，相应振幅较大。结合深孔零件加工的特点点，做以下选择：粗车n=185r/min，ap =1.5mm，f=0.2mm/r半精车n=230r/min，ap =0.8mm，f=0.1 mm/r精车n=305r/min，ap =0.5mm， f =0.08 mm/r4.3 刀具的材料粗车选择抗振性好、强度高的yt5，半精车和精车选择耐磨性能好、抗振性好的yti5硬质合金。采用上述的措施，改进刀杆的形状、调整c部重量，引起刀杆及刀架系统固有频率的变化，增加刀杆连接刚度，使切削系统的动刚度提高，合理选择切削用量和刀具几何参数，切削振动趋平稳，零件加工的质量满足图纸要求。五、结语在普通车床上加工小锥度深孔零件，刀杆上采用加阻尼、减震装置，或使用高比重的刀杆，以提高刀杆动刚度，但造价较高。本文提出了锥形刀杆并在其后部加平衡配重，针对设备不同的具体情况，可在刀杆后部加减重量来调整，使切削系统动刚度的提高，切削趋于平稳。对于多品种小批量产品生产，这是一种既保证产品质量又能降低成本的切实可行的好方法。参考文献：【1】 李凯岭 宋强 主编 机械制造技术基础 山东科学技术出版社【2】