细长轴的加工技术方法

1、车工技师论文车工职业文章文章类型：技师论文文章题目：细长轴的加工技术方法姓名：杨强职业：不落轮床工准考证号：工作单位：长沙市轨道交通运营2021年9月8日细长轴的加工技术方法长沙市轨道交通运营杨强摘要：由于细长轴在加工中刚性差,在切削时受切削力、重力、切削热等因素影响产生弯曲变形,产生震动、锥度、腰鼓形和竹节形等缺陷,难以保证加工精度.通过分析细长轴加工各关键技术问题对细长轴加工的影响,找到改良方法,从而提升细长轴加工的精度,保证合格率.关键字：细长轴技术问题加工方法精度引言通常轴的长度与之直径比大于2025(即L/dA2025)的轴称之为细长轴.这类零件一般在车床上进行加工.在车削加工过程中

2、,由于其刚性差,在切削力和切削热的作用下,细长轴很容易产生弯曲变形,使加工出来的细长轴产生中间粗、两头细的形状,严重影响零件的加工精度.同时细长轴产生弯曲变形后,还会引起工艺系统振动,影响零件的粗糙度.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、一夹一顶和轴套式跟刀架、中央架等一系列有效举措.一、提出问题细长轴是机器上的重要零件之一.用来支配机器中的传动零件,使传动零件有确定的工作位置,并且传递运动和转矩.当轴的长度与直径之比L/D>25时,轴称为细长轴.“车

3、工怕杆.钳工怕眼是人们熟悉的口头语.也就是说,由于细长轴的加工精度要求高,但细长轴本身的结构特点使之刚性差、振动大,所以加工起来存在一定的难度.其加工特点如下：1、细长轴刚性很差.在车削加工时,如果装夹不当,很容易因切削力及重力的作用而产生弯曲变形,从而引起振动,降低加工精度和外表粗糙度.2、细长轴的散热性差.在切削热的作用下.工件轴向尺寸会变热伸长,如果轴的两端为固定支承,那么会因变挤而产生弯曲变形,甚至会使工件卡死在顶尖间而无法加工.3、工件高速旋转时,在离心力作用下,加剧工件弯曲与振动.4、细长轴轴向尺寸较长,加工时一次给所需时间长.刀具磨损大,从而影响零件的几何形状精度.二、分析细长轴

4、车削加工时受力变形的主要原因在车床上车削细长轴采用的传统装夹方式主要有两种：一种方式是细长轴的一端用卡盘夹紧,另一端用车床尾架顶尖支承一夹一顶；另一种方式是细长轴的两端均由顶尖支撑双顶尖.通过分析研究,车削引起细长轴弯曲变形的原因主要有：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.1径向切削力Pz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.图1一夹一顶装夹方式及力学模型(2)

5、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).2、切削热产生的影响车削加工产生的切削热,会引起工件热伸长.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是固定不变的.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.因此可以看出,提升细长轴的加工精度问题,实质上就是限制工艺系统的受力及受热变形的问题.三、提升细长轴加工精度的举措

6、1、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局部,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.由于机床导轨面磨损程度不同,因此首先要对机床做适当的调整.使主轴中央和尾座顶尖中央线与导轨全长平行.2、棒料的校直对于精度要求高的零件要采用热校直法校直棒料,不宜冷校直,忌锤击.3、选择适宜的装夹方法(1)双顶尖法装夹法.采用双顶尖装夹,工件定位准确,容易保证同轴度.但用该方法装夹细长轴,其刚性较差,细长轴弯曲变形较大,而且容易产生振动.因此只适宜于长径比不大、加工余量较小、同轴度要求较高、多台阶轴类零件的加工.(2) 一端用卡盘夹紧,另一端用顶尖顶紧.顶尖顶得太紧,工件切削时变

7、热伸长变阻,将引起轴变形弯曲；顶尖顶得太松,那么稳定性差,另外,顶尖孔与装夹基面往往不同轴,会形成装夹的过定位而使工件弯曲.此时,可在三爪卡盘与工件问垫入一个开口钢丝圈,使工件与卡爪成线接触,使细长轴在自由状态下定位夹紧,不会产生内应力.止匕外,后顶尖还可以采用弹性活顶尖,使工件变热伸长时不变阻,以减少弯曲变形(3) 一夹一拉装夹细长轴在车削过程中工件始终受到轴向拉力,因切削热而产生的轴向伸长量,可用后尾座手轮进行调整,这是加工细长轴比拟理想的一种装夹方法4、增加细长轴的刚性,减小车削时的振动,使用中央架和跟刀架来解决使用跟刀架或中央架的加工特点：车细长轴时由于使用跟刀架,假设支承工件的两个支

8、承块对零件压力不适当,会影响加工精度.假设压力过小或不接触,就不起作用,不能提升零件的刚度.假设压力过大,零件被压向车刀,切削深度增加,车出的直径就小,当跟刀架继续移动后,支承块支承在小直径外圆处,支承块与工件脱离,切削力使工件向外让开,切削深度减小,车出的直径变大,以后跟刀架又跟到大直径圆上,又把工件压向车刀,使车出的直径变小,这样连续有规律的变化,就会把细长的工件车成“竹节形.造成机床、工件、刀具工艺系统的刚性不良给切削加工带来困难,不易获得良好的外表粗糙度和几何精度.(1)当工件可分段车削时,中央架直接支承在工件中间.采用这种支承,长度与直径之比可以减少一半,相当于减少了轴与支承跨距,细

9、长轴的刚度可以增加几倍,能有效预防轴加工时的绕曲变形见图3-1.图3-1中央架的装夹方法2跟刀架固定在床鞍上,一般有两个或三个支承爪,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.从而提升细长轴的形状精度和减小外表粗糙度.跟刀架是加工细长轴及其重要的附件.跟刀架的形式很多,但不管是哪种,其中央都必须与卡盘、尾座顶尖处于同一中央上如图3-2.必要时可将圆柱较刀或圆柱铳刀支持在三爪卡盘上,对跟刀架支撑头进行修正.加工细长轴时最好采用三支柱的跟刀架,支柱的材料为普通铸铁,由于这种材料的磨损较小能保证加工精度,而且不会研伤工件外表,能提升工件外表的光洁度.跟刀架爪与工件外表要接触

10、良好,其压力大小是由操作者手感限制,不得过紧或过松.过紧,工件随着走刀,会产生竹节形误差,外表粗糙度加大；过松,工件容易跳动产生椭圆形、三菱形、竹节形等误差,外表粗糙度也会增大.bl嵬叮型的靖冉卬*用阳力叫瓜旗打里M三爪攥打架的结构I2走谆电4一事翰上口一福出轮7亚轩图3-2跟刀架5、减小热变形伸长影响车削时,因切削热传导给工件,使工件温度升高,工件就开始变形伸长,其热变形伸长量为L=1LtL=iLAt式中：Pi为材料的线膨胀系数；L为工件总长；At为工件升高的温度.如前所述,车削细长轴时,一般用两顶尖或一端夹紧,另一端顶紧的方法加工,其轴向位置是固定的,如果工件变热伸长了dL,工件就受挤压弯

11、曲,一旦产生弯曲后,细长轴就很难进行加工,因此,加工细长轴时,需采取举措以减小热变形的影响：(1)使用弹性回转顶尖来补偿热变形伸长.实践证实,用弹性回转顶尖加工细长轴,可有效的补偿工件的热变形伸长,工件不易弯曲,车削可顺利进行.(2)采用反向进给车削.反向进给是指刀具从床头到床尾方向作切削运动.常规的切削方向使尾架的顶紧轴向力与切削轴向力Px方向一致,加剧了细长轴工件的弯曲.假设反向进给,其轴向分力只对工件产生的拉力,使工件已加工局部轴向拉伸,与工件变热伸长方向一致,共同向弹性顶尖压缩.为取得最正确效果,反向进给和弹性顶尖一般配合使用.(3)加注充分的切削液车削细长轴时.无论是低速切削还是高速

12、切削,使用切削液进行冷却,能有效地抑制工件温度上升,从而限制热变形.(4)刀具应经常保持锐利状态,以减小刀具与工件的摩擦发热.6、采用适当的车削方法(1) 一夹一顶上中央架,或两顶尖上中央架,正装车刀车削,适用于允许调头接刀车削的工件.(2) 一夹一顶上跟刀架,正装车刀车削,适用于不允许调头接刀车削的工件.两爪跟刀架不适用于高速切削,三爪跟刀架适用于高速切削.(3) 一夹一顶或一夹一拉,卡盘央紧面用开口钢丝圈,上跟刀架,反向进给,适用于精车长径比大于50倍的轴(见图3-3).(4)双刀切削法.采用双刀车削细长轴改装车床中溜板,增加后刀架,采用前后两把车刀同时进行车削.两把车刀,径向相对,前车刀

13、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(见图3-4)7、适当的限制切削用量.加工时,冷却液的浇淋要充分.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是不同的.(1)切削深度(t)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.如果从提升切削效率的角度

14、来看,增大进给量比增大切削深度有利.(3)切削速度(v)提升切削速度有利于降低切削力.这是由于,随着切削速度的增大,切削温度提升,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,所以切削速度应限制在一定范围.对长径比拟大的工件,切削速度要适当降低.8、选择合理的刀具角度选择合理的刀具角度是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.细长轴车刀必须保证如下要求：切削力小,减少径向分力,切削温度低,刀刃锋利,排屑流畅,刀具寿命长.从车削钢料时

15、得知：当前角丫0增加10°,径向分力Fr可以减少30%主偏角Kr增大10°,径向分力Fr可以减少10必上；刃倾角入s取负值时,径向分力Fr也有所减少见图3-5.图3-5刀具切削几何角度1前角丫0其大小直接着影响切削力、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,前角一般取丫0=150.车刀前刀面应磨有断屑梢,屑梢宽B=3.54mm配磨br1=0.10.15mm丫01=-25°的负倒棱,使径向分力减少,出屑流畅,卷屑性能好,切削温度低

16、,因此能减轻和预防细长轴弯曲变形和振动.2主偏角kr车刀主偏角Kr是影响径向力的主要因素,其大小影响着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,在不影响刀具强度的情况下应尽量增大主偏角.主偏角Kr=90装刀时装成8588°,配磨副偏角Kr'=8100.刀尖圆弧半径丫S=0.150.2mm有利于减少径向分力.3刃倾角入s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拟合理.在车削细长轴时,常采用正刃倾角+3+10°,以使切屑流向待加工外表.(4)后角较小a0=T01=460,起防振作用.通过上述举措,车削细长轴时,只要做到采用合理的装夹方法和加工方法,正确选择刀具的几何角度及切削用量,恰当的冷却润滑,就