细长轴加工

细长轴加工（精选9篇）

细长轴加工 篇1

摘要：分析了现有传统夹具在装夹有较高精度要求的细长轴类零件进行车削加工时存在的弊端和不足, 并结合细长轴导杆 (直径为5mm, 长度为140mm, 公差为0.010.02mm, 圆度0.01, 表面粗糙度为Ra3.2) 生产中遇到的问题, 提出了相应的解决方案, 并开发了一种新型夹具。介绍了该夹具的结构组成、主要零件加工要点、工作原理、使用工艺和配合该新型夹具使用的刀具, 提出了加工细长轴的具体意见。

关键词：长轴,变型,夹具,刀具

0 引言

通常轴类工件长度与直径之比l/d=20~25统称细长轴。随着我国制造工业的飞速发展, 细长轴被广泛应用在智运机械上, 如活塞杆、直线杆、拉杆、导杆、气压杆、印刷导轨、注塑导轨、四注油压导轨……。细长轴的质量直接影响机器的正常运转。由于细长轴刚性差, 车削加工易产生弯曲变形, 在工艺上一直是一个公认的难题, 所以也引起了众多加工单位的不断探讨。在细长轴车削加工工艺中, 通常方法是三爪夹盘夹紧, 车床尾座顶尖顶紧定位, 再通过跟刀架及中心架等工装进行装夹。但通常的工艺技术中存在以下问题:

1) 由于细长轴本身刚性, 装夹在车床上无外力作用也会因自重而弯曲, 再加上外力 (尾座顶尖的稍顶紧) 会增加弯曲度, 顶得稍松, 加工时发颤, 都会出现细长轴有竹节、锥度、菱形等缺陷, 达不到技术要求而报废。

2) 车削中的弯曲变形, 就算有高技能操作者把两端定位顶得松紧适当, 但车削加工中细长轴受车刀3个分力作用也极易发生弯曲变形、振动、扎刀。

3) 容易热变形, 由于细长轴在车削过程中散热性差, 容易产生切削热力线膨胀, 径向分力会迫使工件产生弯曲变形。

4) 刀具几何角度易变化, 加工细长轴刀具的各几何角度都严格控制在一定范围内。但是细长轴切削量较小, 加工时间长, 刀具磨损大, 各几何角度易发生变化也会导致细长轴产生的形位公差和表面粗糙度不合格。

5) 要求具备高超技能的操作者, 其经验丰富, 精力需高度集中, 但劳动强度大, 装夹工件松紧要凭经验, 进刀吃力量要从很小慢慢摸索地增加, 需要不时手摸测试工件是否烫手, 还要注意乳化冷却液的流量……。稍不注意就会出现废品, 生产效率低, 很难保证批量生产。

基于以上问题, 通过研究, 相互学习, 查阅了有关技术资料, 经4次改进设计, 最后提出了一种加工细长轴的新型夹具。改传统用尾座顶尖顶紧定位为尾座拉紧的3点同时均匀来确定夹紧的定位, 并改进了刀具, 确保顺利进行细长轴的车削加工。

1 夹具

1.1 夹具的结构

夹具的结构如图1所示。

1.2 夹具的组成

该夹具的主要部件由夹头2、心轴3、莫氏3号夹具体6、O型密封圈、6205轴承7等组成, 夹头2是三鸥牌夹头, 属于浙江三鸥机械设备有限公司多年生产的高精度产品, 规格为1/2-20;心轴的材质为40Cr钢, 粗车后调质225~260HB;莫氏3号夹具体材质为45号钢;O形密封圈5是氯丁橡胶, 规格为25×2.4, O形密封圈安装槽需光滑、无棱角, 避免O形密封圈损伤。

1.工件2.夹头3.心轴4.盖板5.O型密封圈6.莫式3号夹具体7.6205轴承8.螺母9.车床尾座10.尾座套筒11.螺栓12.垫圈13.轴承大垫圈14.轴承小垫圈15.防松弹簧垫圈

1.3 莫氏3号夹具体的加工要点

莫氏3号夹具体如图2所示。

1) 莫氏3号夹具体中莫氏圆锥是机加工中的国际标准, 它的材质、工艺 (车、磨、研、检) 精度及各部尺寸、形位公差、粗糙度、热处理、硬度、联接用的紧固螺栓都已经标准化, 遵循标准进行制造即可。

2) 除莫氏圆锥之外的准70圆柱体内外圆采用精车 (此部位的粗加工在制作莫氏锥体调质工艺前已同时粗车过, 留余量2.5~3 mm) , 精车时首先把莫氏圆锥打装在C620车床主轴的相应莫氏套内, 以此为定位基准, 然后按图进行精车。

1.4 心轴的加工要点

心轴如图3所示。

1) 材质40Cr钢, 粗车后调质225~260HB。

2) 粗车用YT5车刀, 夹右端, 车M12×1.5及准25圆柱, 留加工余量3mm, 车左端面, 留加工余量1 mm。

3) 夹准25圆柱面, 车M20×1.5圆柱, 留加工余量3 mm, 车右端面, 留加工余量1 mm。

4) 在准25圆柱左端铣出呆扳手紧固用扁, 宽19mm, 粗车后调质。

5) 用YT15车刀, 精车心轴两端面到设计尺寸, 加工B2.5中心定位孔。

6) 半精车用YT15车刀, 车刀装夹对准工件轴线, 车削M20×1.5螺纹后, 将心轴调头装夹 (先用M20×1.5螺帽拧紧在20×1.5螺纹上, 保护已加工好的螺纹) , 再在车床装夹, 车M12×1.5螺纹后用螺纹环规检验螺纹合格, 再车准25圆柱, 留磨削余量0.2 mm。

7) 磨床精磨准25到图纸标注尺寸。

8) 未注粗糙度均为Ra3.2, 未注倒角均清除尖刺锐棱。

1.5 夹具的安装工艺

组装后的夹具安装在尾座套筒内, 先卸下尾座手轮, 把图1中的螺栓11、垫圈12从后面放入, 莫氏3号夹具体靠螺栓11和垫圈12紧固在尾座套筒内, 工件靠夹头2的螺旋转动迫使夹头内三滑动块同步自动定位均匀用力夹紧后, 转动尾座手轮, 使尾座套筒往后退, 把工件拉紧, 装夹完毕, 左端卡盘卡紧, 开始反向走刀。

1.6 夹具工作原理

该夹具用轴向拉紧代替了传统的尾座顶尖顶紧, 消除了工件顶紧弯曲和顶松发颤的问题, 工件拉紧的轴向力和反向走刀的轴向力形成二力同一方向的轴向合力, 从而增强了细长轴加工时的刚性, 减少振动避免了弯曲, 再配合合理的刀具, 从根本上解决了上述细长轴加工的难题, 确保细长轴加工安全可靠, 保质保量, 并提高了生产效率。

2 刀具

加工细长轴的刀具必须切削力小, 以减少径向分力、降低切削温度, 同时刀具必须刀刃锋利、排屑流畅, 从而保证加工细长轴达到技术要求。另外, 刀具的几何角度 (前角γ0、主偏角Κr、刃倾角λs、后角α。) 的选择对加工细长轴加工也很关键。

1) 前角γ0为刀具前面经过主切削刃与基面的夹角, 增大前角可以使车刀更为锋利, 减少切削变形, 并能使切削力和切削热降低, 使切削顺利。在不降低刀尖强度情况下, 粗车时我们采用γ0=15°, 精车γ0=20°都不磨倒棱和刀尖过渡刃。这样可保持刀刃锋利, 切削轻快, 会减少径向分力, 降低切削温度, 从而保证工件不弯曲变形。

2) 主偏角Κr为主切削刃与被加工表面 (走刀方向) 之间夹角, 一般取75°~90°, 我们加工时取85°~88°, 此角作用是影响径向分力的主要因素, 角度大切屑薄, 反之切屑厚, 所以此角度的大小直接影响3个切削分力, 实践证明用调整此角度径向分力可明显下降, 工件不变形。

3) 刃倾角λs为主切削刃与基面间夹角, 作用是控制切屑方向, 影响刀尖强度等, 一般在-10°~+10°内, 我们采用-3°, 实践证明径向分力明显减小, 工件不弯曲变形, 切屑远离工件, 不再缠绕工件, 使工件加工正常进行。

4) 后角α。为主后面与切削平面夹角, 作用是减少主后面与工件的摩擦, 防振, 我们采用6°效果良好。

5) 粗车刀具材质为YT15, 精车刀具材质为W18Cr4V。

3 细长轴的加工工艺

1) 检校坯料为直棒, 平台上可以滚动流畅。

2) 工件左端用三爪自定心卡盘卡紧, 右端进入夹具体 (见图1) 的夹头内孔, 用扳手把住心轴扁处 (用于防止心轴转动) , 用夹头配带的工具转动螺纹夹紧工件后, 取下扳手。

3) 配上跟刀架, 而且架与工件接触研配适当, 开始反向进刀 (车刀由主卡盘开始向尾座方向进给) 。

4) 粗车时刀尖略高于工件中心0.5 mm以上, 精车刀尖等于或略低于工件中心。

5) 车速V=80 m/min, 粗车深度t=0.25~0.35 mm, 进给量s=0.1~0.2 mm, 精车深度t=0.1~0.2 mm, 进给量s=0.05~0.1 mm。

6) 细长轴长度与直径之比大于25, 加中心架或跟刀架, 而且架与工件接触间隙适当。同时, 保证夹头到尾座同轴度0.01 mm。

4 结语

该细长轴的加工方法从根本上克服了细长轴刚性差的弊病, 确保了产品质量, 提高了生产效率, 安全可靠, 大大地提高了经济效益。

此细长轴的加工定位由顶紧改拉紧是根本的改进方法。其中夹头巧用名牌成品件, 使夹具制造工艺简单, 省去设计、选择材料等种种麻烦, 成本低, 调整方便, 使用安全可靠, 是实现细长轴加工定位由顶紧改为拉紧的有力保证。本人通过长时间研究曾经设计过3种夹具, 分别为手工调整三螺杆定位夹紧工件、特制夹紧弹簧定位夹紧工件、用圆柱螺旋弹簧带动斜面上的活动滑块定位夹紧工件等, 目前推荐这种夹具均优于以上3种, 选用这种夹具优点很多, 具有推广应用的价值。

参考文献

[1]王绍林.机械制造工艺与装备[M].北京:中国社会劳动保障出版社, 1999.

[2]王博.浅议细长轴加工[J].金属世界, 2007 (5) :29-31.

[3]申东东.车削加工细长轴的工艺改进研究[J].机械工程与自动化, 2010 (3) :169-170, 172.

细长轴加工的相关技术探讨 篇2

关键词：细长轴加工；几何参数；影响因素；技术讨论

前言：

在机械加工的复杂过程中，一般情况下，我们都把细长轴加工归结为难度系数较高的零件加工，主要原因是细长轴加工难度系数较大，加工技术控制难以掌握。不过要是在实际工作中仔细探讨研究不难发现只要勤思慎查，找到其加工的内部奥秘，这又是简单易懂的。之所以说细长轴加工难度较大，主要是因为它刚性差，散热性差，并且切削需要的工作时间长。为了解决此类问题，人们需要改善其刚性并减弱或在根本上杜绝其变形。

1.变形产生的主要原因

切削通常会采用两个嘴普遍的方法，其一为，一端顶尖支撑另一端卡盘夹紧。其二为，两端同时顶尖支撑。通过人们不懈的努力分析探索，研究出影响细长轴变形的两种主要因素。首先是切削力，切削力一般分为几个不同的立同时进行，有进给力，背向力和主切削力，不同的切削力对切削时产生的影响也是不尽相同的。产生形变也有有背向力的影响和进给力的影响两种。背向力就是和运动方向上的力想垂直的力。它会作用在机床上的刚性最薄弱的地方。进给力同时也会有影响，相对于普通的车削来说进给力对变相的影响相对并不是特别的大，在一定程度上，人们都会忽略不计。由上可知，细长轴的刚性比较差，进给力会大幅影响其变形，工件在产生变形的情况下，又受到到离心力的高速回转的影响，在不同程度上使变成变得更加剧烈。其次是切削时产生的热量导致了变形。在工件的切削过程中，会产生切削的热量，简称切削热，切削热的产生严重影响了工件的热伸长，由于在切削过程中刀具不断进行摩擦切削，使细长轴在切削时伸长量有局限性，这样致使了细长轴在收到挤压的状态下而产生变形。

2.刀具几何参数

2.1.主要参数。由上可知细长轴的刚性是特别差的，所以导致切削角度越小，对细长轴的影响越小，而影响切削角度的主要因素是刀具的主偏角和前角构成。主偏角最好的角度是在90°到93°之间，前角则是在15°到30°之间为最好，同时刀具的耐磨性要大而表面上的粗糙程度确是要小之又小。

2.2.断削槽。大家都知道在细长轴工件的切割过程中是需要接连而至的，而且中间一定不能停止。所以在这方面如果没能好好控制的话，那么所作出的工具就会无法完善。我们可以通过断削槽的几何方式以及形状有效的控制断削槽，从而更加准确的保证零件加工的准确性，其中对切削最为重要的就是断削槽的形状和宽度等等。

首先形状，基本上断削槽的形状是由直线和圆弧两个形状构成，圆弧形相对于直线型来说，刀刃太过于锋利，导致切削力变小，切削不均，会产生较大的冲击力。而直线型对圆弧形来说，虽强度比其好，但切削效果差。工人通过连年不断的工作发现，可以将其磨成直线圆弧型，这样的效果是最佳的。然后是宽度，在一众的影响因素中，宽度的影响是尤为重要的，如果槽部比较窄的话，切削的半径就会变小，弯曲应力增大的话，切削的效果就会变得特别好，但宽度却不是能够随意更改的 而是和进给量和深度密不可分的。

3.热变形

在切削细长轴的时候，由于进给量相对较小，切削的工作时间长，使得工件一直处于高温作业的状态下，因此工件会受到热伸长，也会严重的影响切割的正常进行，应当从以下方面进行合理的安排和控制。

3.1.方案的加工

细长轴其实和其他普通的轴承一样，都可以通过左右偏刀两个方向，不同的进行，然后加工零件，不过相对而言，其效果却没有很显著。车削的细长轴加工所使用的顶尖是特定的，还是没能根本的解决工件的变形问题。所以，不利的因素一直影响着加工，不过因为进给方向的不断调整，也有着明显的改善。细长轴非常容易受到压力，因此会导致因受压力过大而变形。应该给不同的方向和尾座之类的调成和细长轴的方向一致，这样就会方便控制。还有就是在切削力的作用中，工作过程始终处于拉伸的状态，而不是收缩，这样对零件的加工是及其有利的，更是要推介选用大偏角的主要原因。

3.2.控制的方法

为了能都彻底的弄明白零件受热伸长的问题，加工者一般会使用一种特别的细长轴的顶尖，它在其工作范围中可以自动的沿着轴向旋转，从而更深层次的解决了受热伸长的问题。在卡盘支撑作用的帮助下，这时候的刚性比较好，但随着切削的开始，支撑卡盘的力就不在存在。通过很长一段时间的研究发现，自从很好的解决了受热伸长的问题之后，顶尖的预紧力会很大程度上的改变。

4.跟刀架

跟刀架的使用算得上是细长轴中最难懂的问题了。这也是细长轴零件加工问题中的代表问题。经过长期的研究，如果用皮肤，就如同用手，耳朵之类的位置去感受工件在加工过程中的变化的话，会很好的感受到热伸长的问题。跟刀架使用的力的大小是一个谜底，没有人知道应该使用多大的力来使用跟刀架，也是至此细长轴的跟刀架问题才被列为了疑难问题。就我而言的话，车削的时候，一般顶紧力都太小，唯有在细长轴加工的过程中，外圆的尺寸控制合理，才是最佳顶紧力的表示。

5.结语

目前，我国国民经济发展的物质基础是机械制造，机械制造行业是一个国家综合实力的体现。随着全球经济化的到来，我国正走在世界的机械制造行业的路上，可知真正的与发达的国家相比，我国的设备相对又有些陈旧，生产条件落后，而且在科技快速发展的现在来说，我国的差距也有些大。正因如此，对细长轴切削的加工更应深度探索，对细长轴的关键技术探索更应准确，相对比较来说，对切削的研究更为主要。切削制造业等对国民经济有利的涉足，更具重要意义。

参考文献：

[1]杨伟元.细长轴加工工艺分析[J].山西机械. 2003（01）：11-14.

细长轴的加工 篇3

1.1 刚性差

由于工件长径比大, 刚性较差, 车削时易引起振动和弯曲变形, 尺寸精度和表面粗糙度较难保证。

1.2 热变形大

由于细长轴在车削时散热差, 线膨胀大, 当工作两端顶起时易产生弯曲变形, 而弯曲工件旋转时所产生的离心力, 会加剧弯曲变形。

1.3 刀具磨损大

细长轴加工时, 切削用量小, 加工时间长, 刀具磨损大, 因而增大了工件的形状误差。

2 细长轴的装夹方法

2.1 两顶尖间安装细长轴

这种装夹方法没有装夹定位误差、容易保证工件的同轴度, 但车削刚性差, 容易产生振动, 因而只适宜于长径比不太大, 加工余量小, 需要多次以两端顶尖孔定位来保证同轴度的工件加工。

2.2 一夹一顶装夹细长轴工件

在软件三爪上车出一条宽度为3—5mm的环形凸带 (或在工件上绕一圈细钢丝) , 用以夹紧系长轴工件的一端, 另一端用后顶尖支承。这种装夹方法可以使系长轴工件在自由状态下定位夹紧, 定心精度高, 可以克服三爪夹紧产生弯斜和限制四个自由度造成定心精度差的缺点。

2.3 一夹一拉装夹细长轴工件

两顶尖装夹和一夹一顶安装长轴工作, 都不能削除中因热变形所产生的轴向伸长, 从而导致工件弯曲变形。一夹一拉装夹细长轴工件时, 工件在车削过程中始终受到轴向拉伸作用, 并可用尾座手轮调整拉伸量, 因而减少了细长轴车削时的弯曲变形。这是加工细长轴工件较理想的装夹方法之一。

2.4 使用中心架和跟刀架装夹细长轴

2.4.1 中心架的使用

把中心架安装在细长轴工件中间, 能增强工件车削是的刚性一倍以上。但中心架不能直接安装在工件的粗基准跳动量很大的细长轴上, 可以用过度套同安装细长轴的方法, 使卡爪不直接与毛坯料表面接触。安装中心架不能一次车削细长轴工件的全长, 所以适于精度要求不高火油多台阶的轴类尖加工。

2.4.2 跟刀架的使用

加工细长轴通常采用3支承爪跟刀架。通过3个支承爪和车刀抵住工件, 使其上、下、前、后都不能径向移动, 工件刚性得到提高, 有效的承受了径向切削刀, 使细长轴的切削加工顺利而平稳。

2.4.3 跟刀架的修磨

跟刀架的支承爪与支柱应配合紧密, 不得松动, 支承爪的材料一般为aa火钢 (前端夹青铜、硬质合金) 或为普通铸铁、尼龙1010。支承爪与工件加以修磨。起修磨方法一两支承爪呈90。并能作相对垂直移动的跟刀架为例说明如下:使用跟刀架前, 在靠近卡盘或靠近顶尖处将工件表面粗车一段 (长约45~60mm) , 表面粗糙度Ra值为10~20um, 不得太光。让工件以400r/min左右的转速转动, 将支承爪逐步压向工件表面研磨, 顺序是先外侧爪, 不加冷去润滑液, 使支承爪与工件已加工的这一段表面反复进行研磨, 直至弧面全面接触为止;然后用冷却液冲掉粉末, 再研磨2~3min即可使用。

2.4.4 跟刀架的调整

修好跟刀架支承爪, 选择好切削用量后开始粗车。车刀切入工件后, 随即调整跟刀架的螺钉, 在进给过程中轴向切入月20~30mm时, 迅速地先将跟刀架外侧支承爪与工件已加工表面接触, 再将上侧支承爪接触, 最后拧紧紧固螺钉。

3 合理选择径车刀的几何角度

车削细长轴时, 由于工件刚性差而对振动非常敏感, 如果车刀的几何形状和角度选择不当, 显然不能取得良好的效果。

3.1 选择车刀几何角度是主要考虑一下几点

3.1.1 为减少系长轴的弯曲变形, 车刀的主偏角Kr=80度~93度, 以减小径向切削分力。

3.1.2 为减小切削力, 选择大前角γo=15度~30度。

3.1.3 车刀前面应磨有R1.5~3mm的断屑槽, 使切屑卷面折断。

3.1.4 采用正的刃倾角, 取λs=3度~10度, 使切屑流向待加工表面。

3.1.5 刃口表面粗糙度要小 (Ra<0.4μm) , 经常保持锋利, 且能提高车刀的耐用度。

3.1.6 刀尖圆弧半径γs<0.3mm, 刀刃的倒棱宽度应选得较小, 约为进给量的一半 (0.5f) .

3.2 车刀的安装

采用90细长轴车刀粗车, 安装车刀应略高于工件轴线, 使车刀后面与工件有轻微接触, 以增加切削的平稳性。由于90偏刀在纵向进给过大时易“扎刀”, 可将刀尖向右偏转2左右, 即可克服“扎刀”现象。

3.3 精车细长轴切削用量的选择

采用YT15硬质合金车刀, υc=60~80m/min, Aρ=0.3~0.5mm, f=0.1~0.2mm/r.采用宽刃车刀进行薄屑精车细长轴工件时:v6υ=1.5m/min, Aρ=0.02~0.5mm, f=12~14mm/r.

3.4 细长轴车削中常见的质量问题及解决办法

3.4.1 弯曲产生的原因和解决办法, 前面已有叙述。

3.4.2 锥度

产生锥度的主要原因是由于顶尖和主轴中心不同或刀具磨损。解决的办法是按前面调整机床尾座的方法调整机床, 选用较好的刀具材料和采用合理的几何角度。

3.4.3 中凹度

细长轴产生中凹就是两头大、中间小现象, 影响工件直线度要求。产生中凹的主要原因是刀架外侧支承爪压得太紧, 在靠近后顶尖或车头处, 因刚性钢强, 支承爪顶部过来, 故两头直径达;刀工件中间时, 刚性相对较弱, 支课程爪就从外侧顶过来而使吃刀变深, 于是产生了中凹度。其解决方法主要是跟刀架外侧支承爪与工作表面接触事适宜, 不要过紧或过松。

3.4.4 竹节形

竹节形式工件直径不等或表面等距不平的现象。产生这种现象的原因主要还是由于跟刀架外侧支承爪和工件接触过紧 (或过松) , 或者由于顶尖精度差而造成的。在撤销工件时, 支承爪接触工件过紧, 将把工件顶向刀尖, 从而增加了吃刀深度, 使此工件直径变小。由于工件直径变小产生了间隙, 当跟刀架行进到此处, 切削时的景象力有吧工件推到和跟刀架支承爪接触, 在这一过程中工件直径又变大。当跟刀架在行进带刺出事又会把工件推向刀尖, 从而又使直径变小。这样不断重复, 有规律地变化, 使工件至今还一段大、一段小, 形成竹节形。其解决办法, 首先是选用精度较高的活尖兵采取不停车敢刀的方法, 在进给的过程中, 先轴向切入约20~30mm, 如出现竹节形则应退刀, 停止进给;然后松开跟刀架, 采用宽切削刃刀具和打进给量的方法, 对已经出现竹节形的部位再进行1~2加工行程, 即可消除。消除之后重新调整值承爪, 进行正常的进给车削。

3.4.5 振动波纹

振动波纹是进给过程中工件外圆出现的径向多棱或椭圆状态, 由此将引起振动。其产生的原因是跟刀架紧固不好, 支承爪弧面接触不良, 上侧支承爪压得太紧使工件下垂, 造成外侧支承接触产生变化。其次是顶尖轴承松动或不一圆, 在开始吃刀时就有振动或椭圆所致。其解决方法:检查跟刀架紧固部分, 修整支承爪弧面;选用结构合理、精度较高的活顶尖;跟刀架上侧支承爪轻轻接触工件表面, 不要压得太紧。开始出现振动波纹, 就要和出现竹节形现象一样, 重新修整, 待消除之后, 再进行正常的进给车削。S

参考文献

[1]中国机床工具工业协会行业发展部.CIMT2001巡礼[期刊论文].世界制造技术与装备市场, 2001 (3) :18-20.

[2]刘春利, 杨建芳, 刘胜永, 赵红梅.提高经济型数控车床车削精度的研究[期刊论文].煤矿机械, 2008 (7) .

细长轴加工 篇4

关键词：磨削  细长轴  高效  高精度

一般情况下，在普通外圆磨床上加工出的工件其精度等级为7级，Ra的最大允许值为0.8μm，但是有时中小企业也需要加工一些精度更高的工件，又面临着没有精密设备的现状。为此，探讨用普通外圆磨床加工出高精度，低粗糙度的工件方法。

细长轴零件刚性差，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;中心孔只要有一点异常，工件就会发生变形，两顶尖连线与纵向行程稍不平行就会产生锥形等。

1 加工过程中，细长轴的主要质量缺陷

1.1 工件表面产生多角形波纹和螺旋形波纹

导致工件表面出现螺旋形波纹的原因有很多，比如砂轮工作表面凸凹不平;磨削深度太大，纵向进给量太大;机床刚性影响;砂轮主轴有轴向窜动等。另外造成这种现象的原因还有工作台导轨润滑油压过大，致使工作台纵向移动产生漂浮和摆动导致的。

1.2 工件圆柱度超差

造成工件的圆柱度超差的原因主要有工件受热变形、伸长，磨削中顶尖顶得过紧、磨削用量过大，磨削后产生的各种变形，比如鞍形、锥度、鼓形、弯曲等。

1.3 工件圆度超差

造成工件圆度超差的原因主要有工件顶得太紧或太松;工件中心孔内有污垢或已磨损，其形状不正确;砂轮主轴或头架主轴的径向跳动过大等。

因此，磨削细长轴的关键是解决加工工件的弯曲变形问题。主要抓住中心架和跟刀架的使用方法、解决工件热变形伸长以及合理选择刀具几何形状等三个关键技术。

2 控制细长轴磨削质量的措施

经过长时间的研究，对细长轴磨削质量采取了以下几种有效的控制措施。

2.1 磨削前准备工作

①校直：校直后的工件弯曲度应控制在0.15/1000mm

以内。热校和冷校是细长轴校直方法的两种方法，其中热校比冷校效果好。

②中心孔：细长轴的基准就是中心孔，该中心孔在热处理细长轴后会出现变形，此时应对其采取必要措施，使其达到相关规范标准。

③检修机床：检修机床不仅对磨床有着很高的要求，对砂轮主轴的回转精度也有着很高的要求，尽量保证工作台换向的平稳性，同时要求工作台的低速运动具有良好的稳定性，最大程度的减少爬行和振动现象的出现，力争检修后的机床各项精度都是符合相关规范要求的。

④调整机床：调整机床是控制细长轴磨削质量的一个重要措施，检验的方法是把工件顶在两顶尖间，用手旋转工件，如果觉得松紧适当，那么机床的各项参数就是合理的，如果发现尾架顶尖是弹簧式的，最好把弹簧顶尖压缩0.5～2mm，再顶住工件中心孔。

⑤检查工件：两顶尖顶住工件，首先检查细长轴的全长作径向跳动，采用的是百分表的方法，尤其是一些弯曲度比较大的地方，应该对其进行更加详细的检查，之后检查工件磨削余量，保证其各项指标都是符合相关规范标准的。

2.2 合理的选择砂轮

由于细长轴材料有很多种，相应的砂轮也因磨料、硬度、粒度的不同而有着很多的区别。应选用粒度较粗、硬度较软的砂轮。

要想减少砂轮与工件的接触面积和细长轴在旋转中产生的自激振动，最好把砂轮的形状设计成中间呈凹形。

以磨削材质为GCr15的细长轴为例，磨料应选择MA或PA，硬度应选择J、K级，粒度以46～70为宜。

2.3 砂轮平衡与修整

在磨削过程中由于很多客观因素的影响，比如砂轮的损耗、砂轮安装误差、磨削液的吸附等，都有可能导致砂轮的平衡状态一直处于变化之中。要想得到比较高的加工精度， 应将砂轮的平衡状态控制在一个允许的范围内。

砂轮至少要经过2次精细的平衡。要求平衡后振幅小于0.002～0.005mm。

砂轮一般用锋利金刚石修整。磨削高精度的细长轴，应分粗磨和精磨。在粗磨前应修整砂轮，砂轮应修整粗一些，提高磨削效率，修整时，工作台纵向速度以1～1.5m/min，横向切削深度0.07～0.1mm为宜;在精磨前应进行一次砂轮修整，目的是要磨出大量的等高微刃。修整时，先是用锋利的金刚石笔以很小而均匀的进给量精密地修整砂轮，工作台纵向速度为0.3～0.8m/min，横向切削深度0.03～0.01mm，最后，横向不进刀，光修一次。

2.4 合理的磨削用量

合理的磨削用量是实现精密磨削的关键。对于高精度的细长轴磨削，应分粗磨和精磨。粗磨时，工件线速度以2.5～8m/min，工作台纵向速度1～1.5m/min，横向切削深度（单行程）0.03～0.07mm为宜;精磨时，工件线速度以2～5m/min，工作台纵向速度0.5～0.8m/min，横向切削深度（单行程）0.01～0.03mm为宜;接近要求尺寸时，横向不进刀，光磨数次，保证尺寸精度。

为了有效减少细长轴因旋转而产生的振荡，应该保持磨削工件的低转速，要求精磨时转速更低，如此就可以把一部分切向力转化为轴向力，有效减少径向力。

磨削时切深t用双行程来达到。由于工件转速不高，在一定的时间和范围内，工件表面与砂轮表面之间接触的机会就会相应的减少，为了保证符合相关规范要求，应该往复一次或数次来弥补。

2.5 对系统进行充分冷却

选用切削液时，不但要考虑其他切削加工的条件，而且还得考虑磨削加工本身的特点：冷却液建议采用喷射法供给冷却液， 利用喷嘴上挡板将高速气流隔开， 保证磨削液顺利注入磨削区， 同时还可以防止磨削液飞溅。切削液过滤净化，可以提高工件表面粗糙度，降低废品率。

2.6 合理使用和改进中心架

细长轴的精度主要是由弯曲度、圆度、粗糙度等决定，因此，合理选择中心架的数量，在磨削过程中合理地调整中心架的两个支片，是保证加工精度的关键。

由于调整细长轴磨削的中心架时很难得到有效控制，所以要想得到磨削高精度、低粗糙度的细长轴，必须懂得如何控制砂轮径向压力。所以，测量工件与支片接触情况是很有必要的，通过应用万能表中的A电流通与不通的测量原理可以实现上述目的。

首先改进中心支架的两支片，把导电的铜块安装在支片前端，然后用万能表和电线一端接负极，另一端接正极，负极与尾架相通，正极与中心架相连。把万能表的旋转开关拨至100kΩ，如果支片和工件相接时，指针马上就开始转动，说明这个电路是相通的，具有很高的灵敏度，指针从0到最大值之间的摆动值为中心架支片上移动量4m，当万能表调整到10kΩ时，指针的摆动值为0.001mm。通过利用这种方法来控制支片与工件的接触，能够及时了解切削力、挤压力的大小，大大提高磨削精度，降低粗糙度。

3 工艺总结

①经热校在磨削细长轴时，必须保证其弯曲度在0.15 mm/m以内。

②精修、研磨中心孔，调整好工件在顶尖间的松紧，检查工件跳动。

③选择中软砂轮，并修整好砂轮，选择磨削用量。

④调整好中心架是磨削的必要条件，如果中心架托得很松，工件易被磨成腰鼓形，如果中心架支片托得过紧，中间易磨成凹形，导致母线直线度不受控，磨削时，中心架下支片以轻轻带到工件为准，上支片按磨削量不停地调整，否则很容易出现不符合相关规范标准的情况。

⑤在磨削过程中，需要时刻观察测量工件的弯曲度，发现不符合相关规范标准的情况，应立即采取必要措施进行调整，同时减少磨削用量及放慢工作台行程。

通过以上工艺改进，在普通磨床加工的细长轴可以达到超精密磨床加工的加工精度、低粗糙度，且生产效率较高。

参考文献：

[1]磨工技师培训教材[M].北京：机械工业出版社出版，2004.

[2]陈宏钧.实用机械加工工艺手册[M].北京：机械工业出版社，1996.

谈谈车削细长轴加工方法 篇5

根据我多年来在车工生产实习教学实践经验谈一谈细长轴的车削。请同行多多指教。

1 细长轴在加工中是最常见的问题

1.1 热变形大。

细长轴车削时热扩散性差、线膨胀大, 当工件两端顶紧时易产生弯曲。

1.2 刚性差。

车削时工件受到切削力、细长的工件由于自重下垂、高速旋转时受到离心力等都极易使其产生弯曲变形。

1.3 表面质量难以保证。

由于工件自重、变形、振动影响工件圆柱度和表面粗糙度。

2 怎样提高细长轴加工精度及预防措施

2.1 选择合适的装夹方法

(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) 一夹一顶的装夹法。采用一夹一顶的装夹方式。在该装夹方式中, 如果顶尖顶得太紧, 除了可能将细长轴顶弯外, 还能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。因此采用一夹一顶装夹方式时, 顶尖应采用弹性活顶尖, 使细长轴受热后可以自由伸长, 减少其受热弯曲变形;同时可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。

(3) 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。

(4) 采用跟刀架和中心架。采用一夹一顶的装夹方式车削细长轴, 为了减少径向切削力对细长轴弯曲变形的影响, 传统上采用跟刀架和中心架, 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。

(5) 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, 车刀由主轴卡盘开始向尾架方向进给。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。

2.2 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。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。从车削钢料时得知:当前角γ0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%以上;刃倾角λs取负值时, 径向分力Fr也有所减少。

(1) 前角 (γ0) 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γ0=150。车刀前刀面应磨有断屑槽, 屑槽宽B=3.5~4mm, 配磨br1=0.1~0.15mm, γ01=-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, 因此能减轻和防止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85°~88°) , 配磨副偏角Kr'=8°~10°。刀尖圆弧半径γS=0.15~0.2mm, 有利于减少径向分力。

(3) 刃倾角 (λs) 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+3°~+10°, 以使切屑流向待加工表面。

(4) 后角较小a0=a01=4°~60, 起防振作用。

2.3 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是不同的。粗车和半粗车细长轴切削用量的选择原则是:尽可能减少径向切削分力, 减少切削热。车削细长轴时, 一般在长径比及材料韧性大时, 选用较小的切削用量, 即多走刀, 切深小, 以减少振动, 增加刚性。

(1) 背吃刀量 (ap) 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, 应尽量减少背吃刀量。

(2) 进给量 (f) 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, 所以切削速度应控制在一定范围。对长径比较大的工件, 切削速度要适当降低。

3 结论

细长轴车削加工技术现状 篇6

轴是组成机器的主要零件之一,也是应用最广泛的一种机械零件。所有作回转运动的传动零件,都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。细长轴是指长度与直径的比值大于20 的轴。随着各种设备仪器朝微型化趋势发展,细长轴的应用越来越广,如各种微步进电动机轴,高档玩具的电动机轴,电脑风扇电动机轴,电动剃须刀及医疗设备中的各种微型电动机轴和小型丝杠等,因此对细长轴的加工提出了更高的要求。

长期以来,人们在车削细长轴时,存在的主要问题有

1) 切削中细长轴受热产生变形,甚至会卡死在顶尖间而无法加工;

2) 细长轴本身刚性差,受切削力作用而弯曲,从而引起振动,影响精度和表面粗糙度;

3) 工件高速旋转时,在离心力作用下,会加剧弯曲与振动。

为解决以上问题,专家学者们在各方面进行了相关研究。

1 国内研究现状

国内对细长轴的车削主要在传统机床上进行,在传统车床上加工细长轴,专家学者们主要对车削方式、装夹方法及夹具、刀具作了改进,取得了一定的成果。也有部分人对数控车床加工细长轴作了研究。

1. 1 车削方式

武康凯等人提出了反向切削细长轴的方法。所谓反向切削就是指加工过程中车刀从卡盘方向向尾座方向移动,并在尾座上改用可伸缩的弹性顶尖[1,2,3,4]; 反向切削时工件的弯曲变形以及由此引起的加工误差远小于同等条件下正向切削的变形和误差。胡林勇提出用“一刀切”工艺方法加工直径小于1 mm的细长轴零件,即采取一次进给将零件由光轴加工至图样尺寸的方法[5]。孙立国采用有前后刀架的双刀架车削法,适当选用刀具几何角度,使前后刀架产生的径向切削力相互抵消,减小了弯曲变形[6]。尚翠平等主要探讨了细长轴车削加工中切削用量三要素、车刀主要几何参数、切削热、刀具的磨损、机床精度等对细长轴精度的影响,并提出了改进和优化措施[7,8,9,10,11]。马伏波等建立了正向走刀和反向走刀车削细长轴误差计算数学公式,为提高加工精度提供了理论依据[12]。

除了马伏波建立了正反向走刀数学公式外,其他提高细长轴加工质量的方法未总结出通用的理论公式,如何建立受力模型及将其应用到任一细长轴上有待进一步研究。

1. 2 装夹方法与夹具

邱炎儿的研究表明,在车削时,中心架与过渡套筒配合使用,可提高细长轴加工质量和加工效率[13],这时的中心架卡爪不直接接触工件,而与过渡套筒的外表面接触,过渡套筒的两端各装有4 个螺钉,用螺钉夹住毛坯工件。曾祥泉设计了车削超细长轴用支撑套[14],将支撑套与中心架配合使用,提高加工精度及效率。张健飞提出粗车时,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,并用跟刀架辅助支承,收到了良好效果[15]。有学者提出在细长轴的左端外圆上套上钢丝圈,利用四爪单动卡盘夹紧,可减少外圆与卡爪之间的接触面积,并能自由调节其方位,避免夹紧时形成弯曲力矩; 在车削过程中使用三爪跟刀架,对于直径较小的细长轴采用托架支承,增强细长轴刚性[16,17,18]。潘逊提出在刀尖方向一定范围内安装一个弹簧滚轮结构的消振器固定在跟刀架上,消除振动,提高加工精度[19]。

可以看出,改变装夹方法及增加新的夹具增强了细长轴刚性,减小了加工中的振动,提高了细长轴加工精度。

1. 3 车刀

周道设计了细长轴多刃车刀,该刀由主切削刃和修光刃组成,并各有一条卷屑槽。用该车刀加工细长轴,在一定程度上提高了加工质量和效率[20]。孙志忠等的研究表明,采用负倒棱的车刀,在同等条件下加工细长轴,可提高工效4 倍以上; 如果使用恰当,不仅可以减小振动,而且可以对工件表面起一定的熨压作用,表面粗糙度由以前的Ra3. 2 提高到Ra1. 6; 可使零件表面产生加工硬化,HBS≥260,使用寿命增加[20]。

当前研究者主要从车刀刀刃方面进行了研究。采用新材料、新工艺制成的车刀用于车削细长轴是未来值得研究的方向。

1. 4 数控车削

杨莉应用单片机实时误差补偿方法在数控机床上加工细长轴,即在不改变机床结构和制造精度基础上,通过对工件加工过程的误差源分析、建模,实时地计算出加工点的空间位置误差,通过控制系统改变坐标驱动来实现误差修正,从而提高加工精度[22]。罗永新等通过分析切削力和切削热对加工精度的影响,把加工中各加工因素引起的变形,应用Pro/E图形设计,定量地补偿到数控编程中去,从而把加工细长杆件的工艺手段简化[23,24]。刘吉安等提出在数控车床转塔上加装跟刀架装置,以增强细长轴刚性,提高尺寸精度、降低表面粗糙度[25]。

目前对于数控机床加工细长轴的研究相对较少,与数控机床相对价格较高、应用不广泛有关。随着科技的进步,数控机床将会越来越普及,在数控机床上进行加工是细长轴车削加工的发展趋势。

2 国外研究现状

国外对细长轴车削加工的研究主要集中于机理研究。专家学者们通过探究细长轴加工误差产生的原因,并建立各种模型,提出减小或避免误差的方法。

2. 1 误差产生的原因

细长轴车削的典型弊病中,无论是竹节形误差还是腰鼓形误差,都可归结为细长轴直径的尺寸误差。为探究尺寸误差产生的原因,专家学者们作了相关研究。Dolinsˇek等将统计学用于加工品质控制中,提出了一种利用统计工具得出影响加工精度原因的方法[26]。Liu分析了工件产生尺寸误差的各种原因,并将其表示为图1[27]。具体来说,在切削力作用下,由于工件的弯曲及进给系统的弹性变形,使实际背吃刀量不等于名义值。由于误差复印规律的存在,前道工序的尺寸误差也会影响尺寸误差; 切削过程中产生的热量将改变工件、机床和刀具的几何形状[28,29]; 加工工艺系统的振动也会引起尺寸误差[30,31,32,33,34];刀具磨损也是产生尺寸误差的原因之一[35]。

2. 2 车削模型

Liu采用有限差分法建立了工件的变形量模型[36],Mayer等建立了车削加工中尺寸误差的预测模型[37],Phan等又对该模型进行了改进[38],后者在模型中考虑了剪切变形的影响。Phan和Cloutier建立了车削加工中具有封闭解的工件变形的有限元模型,该模型最初是针对带有3个不同直径的阶梯轴建立的[39],推广后的模型适于有多个不同直径的阶梯轴[40],后又推广至锥形轴[41]。文献[42-43]建立了卡盘装夹、卡盘-顶尖装夹及双顶尖装夹下车削加工工件的尺寸误差模型,其中考虑了工件、夹具变形及刀具退让等导致尺寸误差的主要因素。Li等对车削加工中由机床几何误差、热误差及机床-工件-刀具系统变形所引起的工件尺寸误差分别进行了建模和预测[44,45,46,47]。Polini和Prisco基于3 个不同的切削力模型分别建立了车削加工中工件的尺寸误差模型[48],结果表明由Armarego的切削力模型所得值与实际情况最接近。Du等又将统计学理论与机床结构、周围环境、工程判断及建模实践相结合,提出了一种新的热误差建模方法[49]。

2. 3 提高精度方法

为减小细长轴车削加工中的误差,得到工件所需的精度,Liu提出了工件变形的补偿方法,从而获得了所需的尺寸精度[36]。Nand K. Jha提出一种优化方法,通过对阶梯轴加工中各参数如切削深度速度、主轴转速、切削次数等进行优化,使其更接近生产实际[50]。Wen-Hong Zhu等设计了精密切削轴的伺服系统,即在普通的数控车床上安装位移传感器、控制器,在加工过程中,传感器把加工具体情况反馈给控制器,通过控制器控制进行补偿来达到加工要求[51]。A. Shawky等用超声波监控系统来监控细长空心轴的加工过程,获得厚度数据,以便时时进行加工补偿,大大减少了空心轴厚度不均的现象[52]。Lo等开发了一个实时误差补偿系统用以校正车削中心的热误差和几何误差,并通过切削试验对该系统的性能进行了检验[53]。

Azizur Rahman等对加工细长轴的刀具材料作了研究,在数控系统上分别用3 种不同材料的刀具加工出了直径<0. 5 mm的轴[54]。而Guerold Bobrovnitchii等则提出用立方氮化硼发展来的Hexanite-R作刀具材料加工带有轴向孔的淬火钢轴[55]。

3 存在的问题及研究方向

1) 目前国内主要通过改进车削方式、装夹方法、工夹具来解决细长轴加工过程中的变形、振动等问题,从而提高其加工精度。研究者主要针对某一具体轴进行研究,其得出的经验方法等有局限性。国外则集中于机理研究,分析误差产生各种原因,建立、修正误差模型,通过误差补偿来提高加工精度。由于种种原因,研究者的模型与实际情况有一定差距,算法不够准确。因此,借助日益精确的算法、多元化的模拟手段及先进的加工工具,建立更加贴合实际的通用模型,得出可广泛应用的计算公式,加工出精度更高的细长轴为研究方向之一。

2) 在刀具方面,国内主要着重于车刀刀刃的研究,国外则主要着重于车刀用材料的研究。因此,将两者结合起来,探究用新材料、新工艺制成不同的刀刃用于细长轴的车削是一个值得研究的方向。

3) 无论是国内还是国外,研究者主要着重于提高细长轴加工精度的研究,而对于加工效率方面研究得较少。在确保精度的前提下,如何提高细长轴的加工效率是未来细长轴车削加工值得研究的方向。

4) 国内对于在数控机床上车削细长轴研究得较少。随着数控机床的普及,降低操作者操作难度,在数控机床上实现细长轴的高精度加工是一个研究方向。

4 结语

随着设备仪器的精密化发展,对细长轴的精度要求越来越高。本文对细长轴车削加工研究现状作介绍,提出有待研究的方向,供细长轴加工研究者参考。

摘要：随着各种设备仪器朝微型化趋势发展,细长轴的应用越来越广泛。介绍了国内外细长轴车削加工技术现状,分析了国内外所研究的侧重点和不同点,指出了其中存在的不足,并展望了细长轴车削加工未来的研究方向。

细长轴车削加工的注意事项 篇7

一、车削细长轴常见的缺陷和产生原因及消除方法

1. 弯曲

产生原因:尾座顶尖顶得过紧;刀具几何参数和切削用量不当, 造成切削力过大;切削时产生热变形;刀尖与支承块间距离过大。

消除方法:装夹力要适当;改善刀具几何参数, 减小切削量;采用冷却液;刀尖与支承块间距离应不超过2mm为宜。

2. 竹节形

产生原因:跟刀架外侧支承块调整过紧, 易在工件中段出现周期性直径变化。

消除方法:支承块调整紧度应适当, 使支承块与工件保持良好接触。

3. 多边形

产生原因:跟刀架支承块与工件接触不良, 有间隙。

消除方法:正确磨好支承块弧面, 改善支承块与工件的接触。

4. 锥度

产生原因:顶尖与主轴中心线对床身轨道不平行;刀具磨损。

消除方法:调整尾座使顶尖与主轴中心线对床身轨道平行;可采用零度后角, 磨出刀尖圆弧半径。

5. 表面粗糙

产生原因:车削振动;支承块材料不当与工件接触不良;刀具几何参数选择不当。

消除办法:选择合理转速减小振动;选择合适材料的支承块;可以磨出尖圆半弧半径, 当工件长度与直径比较大时可以采用宽刃低速光车。

二、车削细长轴的辅助工装

1.卡盘2.尾座主轴3.芯轴4.轴承5.调整螺母

浅议细长轴零件的车削加工 篇8

1 传统车削细长轴时的变形分析

传统车削的走刀方向是从车床的尾座向车头箱进行车削, 即采用正向切削的方法, 正向车削时采用小进给量, 很难满足其要求的精度和粗糙度的要求, 同时工件的装夹采用一夹一顶的装夹方式, 即一端用三爪卡盘夹紧, 另一端采用顶尖支撑的方式, 其简化的受力模型如下图1所示。

通过对细长轴受力情况的简要分析, 径向分力Fy促使细长轴产生弯曲变形, 轴向分力Fx致使细长轴发生压缩变形。

2 车削细长轴时引起变形的其它因素

⑴在车削细长轴时, 通常有双顶尖和一夹一顶两种传统的装夹方式, 采用双顶尖法可以有效的保证同轴度的要求, 也不会产生过定位, 但由于细长轴的自身特点, 其刚性很差, 车削过程中易产生弯曲变形和振动。而采用一夹一顶的装夹方式中, 卡盘基面与尾座中心孔之间可能不同轴, 导致装夹后会产生过定位, 同时顶尖顶的过紧, 阻碍了车削中工件的受热伸长, 加剧了细长轴的弯曲变形。⑵车削细长轴产生的切削热, 使得轴受热膨胀, 产生伸长变形, 由于车削时采用的装夹形式是卡盘和尾座都是固定不动的, 细长轴受热后引起的轴向伸长量受到限制, 导致细长轴受到挤压从而引起弯曲变形。比如车削长度L=1000mm的细长轴时, 温度上升Δt=50℃, 根据细长轴伸长量的公式:ΔL=αLΔt

其中α为材料线膨胀系数, 由计算结果可知, 其细长轴的热变形的伸长量挺大, 使得细长轴的加工误差增大。

⑶由于细长轴的长径比相对较大, 使得细长轴工件在自身重力的作用下引起工件下垂, 同时在高速切削过程中, 由于受到离心力和车削力的双重作用下, 从而增大了工件的变形量。刀具的几何参数、切削用量选择不当以及机床的振动都会引起工件产生不同程度的变形。

3 改善细长轴加工精度的措施

⑴采用高速反向车削的方法加工细长轴, 即车刀的走向由卡盘向尾座方向移动, 按照正向车削分析受力的相同方法, 可以求出反向切削时细长轴的微分方程, 当时, 细长轴上的挠度是最大的。通过对细长轴受力情况的简要分析, 反向走刀方式产生的轴向切削力Fx使细长轴受到拉 力的作用, 从而减少了细长轴在径向车削力Fy作用下的压2弯幅度, 通过比较正反向车削两种方法时的最大挠度, 反向车削提高了工件的加工精度和表面质量。⑵改进细长轴的装夹方式。为了减小细长轴的弯曲变形, 传统的装夹方式根本达不到精度的要求, 可以通过在卡爪与细长轴间垫入一个Φ3~5mm的开口的钢丝圈, 可以有效的缩短工件与卡爪的接触长度, 消除了装夹时的过定位:另外, 还在卡爪的凹槽中垫入Φ5×25的圆柱销也能减小工件的弯曲变形。尾座采用具有可伸缩性的弹性回转顶尖, 当受到轴向力和工件受热膨胀的作用时, 可以补偿其细长轴的伸长量, 刀尖不会将工件压弯, 但要求弹性回转顶尖圆跳动量应小于等于工件公差的1/3倍, 从而保证了车削加工的顺利进行。⑶在选择合适的装夹方式的前提下, 采用一些辅助支撑来提高工件系统的刚性, 比如中心架或是三爪跟刀架。中心架适用于细长轴的长径比不大, 加工精度要求不高的场合, 车削细长轴常用三爪跟刀架, 三爪跟刀架的结构如1.3所示。三个支承爪可分别平衡轴向力Fx径向力Fy以及自身的重力G, 从而保证了工件处在三个支承爪和车刀刀尖之间, 致使工件不能左右, 上下移动, 使车削趋于稳定。⑷选用合理的车刀几何参数。为了减少车削细长轴时产生过大的弯曲变形, 要求车削工件时产生的切削力应尽量的小, 而在刀具的几何参数中, 主偏角和前角对车削力的作用最为明显。主偏角的大小直接着影响着径向力与轴向力的分配比例, 随着主偏角的增大, 径向力变小, 轴向力变大, 当其角度在Φ85~93时, 可以最大限度的减小车削过程产生的振动。增大前角, 进而降低了车削力和切削热, 一般前角的角度γ0=200~300, 同时为便于断屑, 车刀的前面应磨出断屑槽。

4 结论

细长轴工件是轴类零件较难加工的一种, 本文通过建立数学模型, 对传统车削进行简要的受力分析, 采用了一些改善细长轴加工精度的措施, 提高了生产效率, 进而确保了加工细长轴的质量。

参考文献

[1]李永祥.细长轴的车削加工方法.工程机械.2005.

[2]赵小玲, 杨锦斌.浅议细长轴零件的车削加工.机械制造.2008.

车削加工细长轴的工艺改进研究 篇9

鹤壁职业技术学院加工的高精度的细长活塞杆 (长径比L/d>70) 、细长挠动轴 (长径比L/d>65) 等零件, 都属于较难加工的细长轴。

在加工时发现活塞杆 (长径比L/d=76) 的形状精度出现了误差, 如图1所示。

同样, 挠动轴 (长径比L/d=69) 的尺寸精度和形状精度也很容易产生误差, 如图2所示。

2原因分析

2.1 加工工艺和刀具材料

工件受切削力、自重和旋转时离心力的作用, 容易产生弯曲、振动等情况, 弯曲变形引起尺寸及形状误差的主要原因如下:

(1) 在粗车和半精车时, 由于工件刚性差, 在车削过程中易引起振动, 使圆度和圆柱度超差, 直接影响到精车的顺利进行。

(2) 刀具耐磨性不好时, 刀刃很容易磨钝, 使外圆尺寸变化过大, 容易产生扎刀现象, 使表面粗糙度值达不到技术要求。

2.2 机床精度和切削用量

(1) 在切削过程中, 工件受热伸长产生弯曲变形, 易产生锥度、腰鼓形、麻花形和竹节形等缺陷, 使切削过程中出现很多不可预测的问题。所以车削细长轴时, 对刀具、机床精度、辅助工具和切削用量的选择及对操作者的经验均有较高的要求。

(2) 在采用车中心架车削时, 因轴细且较长, 中间无支撑点, 轴跳动较大, 从而使工件发生弯曲变形。

(3) 在粗车和半精车后, 细长轴积累了较多的加工应力, 会在半精车或精车后的一段时间内发生弯曲, 给产品质量造成较大影响。

2.3 工艺准备工作不到位

细长轴加工前应先调整机床, 校直工件, 否则就会产生扎刀、工件与卡盘接触不良等现象, 最终影响到细长轴的加工精度。

(1) 机床调整。

主轴中心和尾座顶尖中心连线与导轨全长平行;主轴中心与尾座顶尖中心的同轴度公差应小于0.02;大、中、小拖板的间隙应合适, 过松会产生扎刀现象。

(2) 棒料校直。

采用热校直法校直棒料, 不宜冷校直, 忌锤击。装夹时, 防止预加应力产生变形。夹持方法有两种:一是在一端车出8 mm～10 mm的卡脚档;二是在卡盘爪与工件间垫入钢丝 (绕工件放置) 或钢柱 (顺工件放置) , 使工件与卡盘为线接触。

2.4 切削方法不当

加工细长轴时, 不同的装夹方式, 应采用与之相适应的车削方法。采用三支承爪的跟刀架及弹簧顶尖, 其切削方法有高速切削法、反向低速大进刀精车法等。如果采用弹簧伸缩顶尖装夹工件, 则应采用反向切削法。否则, 就会使细长轴在加工过程中产生较大的误差。

2.5 操作方法

操作方法不正确, 将对细长轴的加工精度产生影响。如没有在靠卡盘处车出跟刀架支承档、没有修磨好支承爪均会使车削结束时刀具崩刃。没有按支承爪的调整顺序进行下侧、 上侧、外侧调整, 接刀不准确, 在轴径接刀处没有1∶10左右的锥度等, 都会给加工带来误差。在加工过程中没有按要求增加刀刃的切削力, 如果突然增加就会造成让刀或扎刀, 从而产生径向误差而引起振动或出现多边形及竹节形。

3保证细长轴加工精度应采取的措施

3.1 正确选择刀具

涂层硬质合金刀具与普通硬质合金刀具相比, 无论在强度、硬度和耐磨性方面均有了很大提高。车削硬度在HRC45～HRC55的细长轴, 低成本的涂层硬质合金可实现高速车削。

细长轴的长度一般较长, 淬硬钢切削表面质量高, 一般不产生积屑瘤, 但切削力较大, 特别是径向切削力比主切削力还要大, 所以车削细长轴时, 刀具宜采用负前角和较大的后角。主偏角取决于机床刚性, 一般取45o～60o, 以减少细长轴和刀具颤振。

细长轴材料硬度越高, 其切削速度应越小。使用超硬刀具进行硬车削精加工时, 适宜切削速度范围为80 m/min～200 m/min, 常用范围为100 m/min～150 m/min;采用大切深或强力断续切削高硬度材料时, 切速应保持在80 m/min～100 m/min。一般情况下, 切深为0.1 mm～0.3 mm。

除选择合理的刀具外, 采用超硬刀具进行硬车削时对车床并无特殊要求, 若车床刚度足够, 且加工软的细长轴时能得到所要求的精度和表面粗糙度, 即可用于硬切削。

3.2 制定合理的工艺路线

对普通精度的细长轴零件加工, 其典型的工艺路线如下: 毛坯及其热处理—预加工—车削外圆—铣键槽 (花键槽、沟槽) —热处理—磨削—终检。

3.3 选择定位基准和装夹

(1) 以细长轴的中心孔定位。

在细长轴的加工中, 零件各外圆表面、锥孔、螺纹表面的同轴度, 端面对旋转轴线的垂直度是其相互位置精度的主要项目, 这些表面的设计基准一般都是轴的中心线, 若用两中心孔定位, 符合基准重合的原则。

(2) 以两外圆表面作为定位基准 。

在加工空心轴的内孔时, 例如进行机床上莫氏锥度的内孔加工, 不能采用中心孔作为定位基准, 可用细长轴的两外圆表面作为定位基准。当工件是机床主轴时, 常以两支承轴颈 (装配基准) 作为定位基准, 可保证锥孔相对支承轴颈的同轴度要求, 以消除基准不重合而引起的误差。

(3) 以带有中心孔的锥堵作为定位基准。

在加工细长轴的外圆表面时, 往往还采用带中心孔的锥堵或锥套心轴作为定位基准。

3.4 选择合适的加工方法

3.4.1 细长轴加工前的准备工作

(1) 机床调整。

主轴中心和尾座顶尖中心连线与导轨全长平行;主轴中心与尾座顶尖中心的同轴度公差要小;大、中、小拖板的间隙合适, 过松会扎刀。

(2) 棒料校直。

采用热校直法校直棒料, 不宜冷校直, 忌锤击。装夹时, 防止预加应力产生变形。夹持方法有两种:一是在一端车出8 mm～10 mm的卡脚档;二是在卡盘爪与工件间垫入直径为3 mm～5 mm的钢丝绕工件放置或钢柱顺工件放置, 使细长轴与卡盘为线接触。

3.4.2 切削方法

采用弹簧伸缩顶尖, 反向切削。精车、半精车仍用高速切削法, 精车用低速大走刀, 采用的刀具与高速切削法相同。靠卡盘处车出跟刀架支承档, 修磨好支承爪后, 在轴尾端倒角45o, 以防止车削结束时刀具崩刃。支承爪的调整顺序依次是下侧、上侧、外侧。接刀应准确, 在轴径接刀处要有锥度。逐步增加刀刃的切削力, 以避免突然增加造成让刀或扎刀, 产生径向误差而引起振动或出现多边形及竹节形。为防止细长轴振动, 便于散热和排屑, 在支承爪的轴向和径向上各钻一个通孔。

3.4.3 辅助工具

粗车细长轴时, 采用专用支架, 支架由V形块和木垫块组成, 木垫块压在机床导轨上。半精车、精车时可采用托架, 托架是在加工过程中起减振作用的主要辅具, 托架由两块制有3o斜面的木质托块组成, 上托块的上面制成V型托口, 这可使细长轴与上托块在互相作用时能够形成不完全碰撞, 受力时一部分功能将受到损失, 以达到减小反作用力的目的。

4现场试验效果

采用上述工艺措施后, 车削最细轴 (杆) Φ8×2 000和细长轴Φ25×3 000～Φ25×5 000, 全长精度在IT5以上, 表面粗糙度在Ra1.6以下, 车削一根细长轴仅需15 min～25 min, 收到了满意的效果。

参考文献

[1]龚雯, 陈则钧.机械制造技术[M].北京:高等教育出版社, 2004.

[2]吉卫富.机械制造技术[M].北京:机械工业出版社, 2003.

[3]姚智慧.机械制造技术[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 2002.