细长齿轮轴（精选7篇）
细长齿轮轴 篇1
0 引言
现代工业中冷挤压工艺已成为首选工艺,该工艺可大批量、低成本地将力学性能良好的金属原材料制造成复杂、精密且往往可直接用于装配的零件。在此来浅述起动电机中的细长齿轮轴的工艺。通常轴类零件长径比超过10:1就考虑用棒料直接滚齿、铣齿或用齿轮拉刀拉齿等方法,这些方法由于存在分度误差及刀具的安装误差,所以加工精度较低,一般只能加工出9～10级精度的齿轮,机械加工时割断了齿轮的金属纤维,齿轮在高速旋转时极易发生折断,而且加工成本高,难以满足市场的需求,冷挤工艺就应时而生,在保证精度强度的同时又能提高生产效率。
1 技术核心
此工艺属于长径比超过10:1细长轴的闭式正挤压,如图1,棒料在受压之前,通过聚氨脂橡胶施加预压力,迫使上下模先闭模,在下模上设置4个导柱,在上模对应位置设置4个导套,在上冲头端面做了一个凸的顶针(如图),当上下模在预压力作用下进入对应的导柱导套,完全闭模后上冲头才开始接触材料,只有先闭模才能使材料在一个封闭的模腔中进行塑性变形,而不会镦粗或弯曲,因为本模具采用上下模结构,并作出了一分模面解决了退料难的问题,当材料塑性变形完成时,上下模从分模面自动脱开,很轻松就将材料从模腔中退出.由于是在一次挤压中完成齿部成形,齿轮齿形精度较高可达7-8级,齿轮经过挤压表面产生冷作硬化强度较高,又因为有导柱导套的配合使成形的齿形与柄部外圆、端面顶针孔的同轴度保证在0.1mm以内,较机加工产品在产品质量生产效率上有很大的提高,减少了工序,降低了成本,提高了生产效率。设备只需100吨压力机
2 关键
本工艺能成功实施的关键有三点,第一,模具中的强力弹性元件聚氨脂橡胶2,此强力弹性元件可强制上下模闭模,在密闭的空间内挤压成形,达到理想的外形尺寸;第二点,是否有合理的的分模面,分模面分配合理可轻松退料,否则难挤压或难退料,经过多次的分模试验比较最终确认分模比为3:2即棒料总长的3/5在上模中,2/5的在下模中,此时的挤压力和退料力均为最小,第三点,上模的4个导套和下模上的4个导柱,配导柱导套的孔均采用高精度的加工中心加工,要求彼此间的位置度小于0.01mm,这样就能保证上下模闭模时棒料能顺畅的移动。
3 工艺论述
任何一种形式的冷挤都离不开合理的工艺和模具,本工艺路线为:下料、表面抛丸清理、磷化、皂化处理、挤压成形;棒料虽然没有经过球化退火,但因其热轧棒料的硬度≤96HRC、在模具的承受范围内;断面缩减率ε=0.21远远小于正挤压的允许断面缩减率ε≤0.75;经过量产验证,细长齿轮轴的冷挤齿形全部符合产品规定的要求,这种工艺,生产效率高,日产量达3000支,并且通过冷作硬化和不破坏纤维流线改善了材料的性能,模具使用频次在10万次以上,冷挤细长齿轮轴已成为汽车行业的一种趋势。
4 结论
本工艺填补了细长齿轮轴的闭式精密锻造加工的空白,提供了一种高精度,高强度,高的生产效率,适合于各中小企业大批量生产的加工方法。
1.上模板2.强力弹性元件 3.上冲头4.上模5.下樸6.退料器7.下模板
摘要：随着我国经济实力的增强,汽车越来越多的受到人们的喜爱,汽车市场从卖方市场变成了买方市场,汽车的各种零部件需求也给各中小企业带来了机遇和挑战,汽车起动电机中的零件以其精小简单的外型成为各企业的必争产品。
关键词：闭式挤压工艺,细长齿轮轴,模具论证
细长轴车削加工 篇2
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.
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) .
快速切削细长轴探索 篇4
在加工细长轴的过程中, 工件与刀具、车床、跟刀架之间构成了错综复杂的关系, 如果处理不当就会造成工件的变形, 如弯曲、竹节式、麻花式等缺陷, 影响加工质量。因此, 要顺利加工好细长轴, 特别是快速车削细长轴, 必须正确使用车刀、机床、跟刀架等附件, 采取合理的加工工艺。只有这样才能减少加工中出现的缺陷, 从而达到快速车削的目的。
一、刀具材料的选用
快速车削细长轴时, 车刀材料一般选用YT5硬质合金;在精加工或加工硬度较高的工件时可采用YT30硬质合金, 刀柄为45号钢, 前角20°左右, 磨4～6mm宽, 1.5～1.8mm深的断屑槽以减小切削力, 主切屑呈银白色并能盘旋成螺旋状顺利排出。主偏角为90°, 减小径向切削部分的分力。主切削刃的刃倾角为-3°, 以控制排屑方向, 防止切屑划伤已加工表面破坏光洁度。刀尖处磨有圆弧过渡刃, 其作用是增强刀尖强度, 改善散热条件。负刃倒棱宽度为0.15～0.2mm, 倾斜角为-2°, 和前角相同, 能增加刀刃强度, 使其在加工时, 产生线状蓝色副切屑串在主切屑的螺旋圈中, 同时排出带走回黏附在已加工表面上的积屑瘤, 提高工件的光洁度。此类刀具一般在C6140、C630类车床上快速切削细长轴使用。
车削直径为ø20～ø40mm, 长度为1～1.5m的细长轴。粗车时, 转速在400～700r/min, 背吃刀量在1.5～3mm, 进给量在0.3～0.5mm/r;半精车时, 转速在600～1200r/min, 背吃刀量在0.5～0.7mm, 进给量在0.15～0.2mm/r, 使用冷却液。表面粗糙度为0.8μm, 工件弯曲度在0.03/500mm, 生产效率可提高4倍。此时, 刀尖高度要高于工件中心线0.5～1mm, 使车刀后面与工件有微量接触, 以减小工件振动。同时, 使车刀后面能对工件起挤压作用, 提高表面光洁度, 车刀刀尖向左偏2°左右, 使车削时的实际主偏角为88°, 避免出现扎刀现象。
二、车床的调整
车细长轴时, 车床本身的精度对加工质量、生产效率等有着较大影响, 因此在一般精度的车床上, 车细长轴必须重视车床的调整工作。
1. 调整尾座位置
使工件轴线与床身导轨平行, 调整时, 用卡盘夹持一根与工件长度相近的试棒, 试棒的另一端用顶尖支承, 实现一夹一顶定位, 将百分表固定在大拖板上, 移动拖板利用两端的差值调整尾座。如果在调整时找不到合适的试棒, 可将所加工棒料装夹在车床上, 在工件两端各车出一段直径相等的外圆, 同样用百分表测量调整。
2. 调整大、中、小拖板的间隙
尤其是中拖板斜铁间隙的调整, 可以使中拖板在车削中稳定可靠, 防止扎刀, 而且便于控制背吃刀量。
3. 跟刀架的调整
跟刀架是细长轴加工中的主要辅件, 使用跟刀架是防止工件弯曲变形的重要措施。在快速车削细长轴时所用的跟刀架要达到以下要求:
(1) 跟刀架的各个爪柱应互相垂直, 在加工细长轴时, 三个爪柱都使用, 并要求他们的轴线在垂直于工件轴线的同一个铅垂平面内, 且都通过工件轴线, 以保证工件与跟刀架的位置正确支承平稳。
(2) 跟刀架各爪柱与跟刀架各相应孔的配合要精确, 其间隙应在0.02～0.03mm左右, 同时要求, 起锁紧爪柱作用的紧固螺钉顶端与爪柱上的长槽接触良好, 使跟刀架的爪柱调整方便可靠。
(3) 跟刀架爪柱伸出长度与跟刀架不要超过35mm, 爪柱与爪脚的配合要紧密, 不能松动, 使爪脚在车削过程中支承稳定不颤动。
(4) 跟刀架材料不宜使用铜或钢件, 一般用HT20～40铸铁, 其特点是耐磨性好, 能够保证加工精度, 不会夹伤工件, 加工表面光洁。当加工铜、不锈钢或30#钢时, 则选用胶木材质的爪脚;
(5) 在工件径向上要求接触面成弧形, 使车削时爪脚和工件接触良好、稳定。在车削前对跟刀架爪脚的支承面进行修复, 并对爪脚进行预磨损。附图:
摘要：细长轴刚性差, 在加工中产生的切削力、切削热、振动等因素, 都将直接影响工件加工的尺寸精度和形位精度, 常出现如弯曲、竹节式、麻花式等缺陷, 加工难度大。正确使用刀具与车床附件, 从而有效避免上述不良情况的发生, 达到快速切削细长轴的目的。
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。
车削细长轴的对策研究 篇7
关键词：细长轴,加工精度,影响因素
“车工怕杆,钳工怕眼”是大家都熟悉的口头语,细长轴工件长径比( L/D) 较大( ≥25) ,刚性差,对于切削力、振动和切削温度十分敏感。车削加工时,很容易产生弯曲变形和振动,从而影响加工精度,得不到准确的几何形状精度和理想的表面质量。尤其是加工丝杆和精车长轴外圆,若不能提高其机械加工精度,将极大地影响产品质量。
通过多年生产和实训教学,笔者在这方面进行了研究和探讨。
1 影响细长轴加工精度的因素
1. 1 切削力
在切削过程中,有大小相等、方向相反的力分别作用在刀具和工件上,这个在切削过程中产生的力,称为切削力。切削力是怎样产生的呢? 原来切削时,在刀具的作用下,切削层金属、切屑和工件表面层金属都会产生弹性变形和塑性变形。又由于切削沿前刀面流出,故有摩擦力作用于前刀面。同时,又因刀具和工件间的相对运动,还有摩擦力作用于后刀面。所以,变形抗力和摩擦阻力形成了切削合力Fr。切削合力可以分解成3 个互相垂直的力: 切向力( 主切削力) Fz,径向力( 切深抗力) Fy,轴向力( 进给抗力) Fx,如图1 所示。一般情况下,主切削力Fz最大,Fy、Fx小一些,随着刀具几何参数,切削用量、刃磨质量的不同,Fy、Fx相对于Fz的比在很大范围内变化:
车削外圆时,Fz是计算切削功率的重要依据。Fy虽不作功,但能使工件变形或造成振动,对加工精度或已加工表面质量产生影响。
Fx作用在进给机构上,用于设计或校核机床进给机构强度。由于细长轴刚性很差,车削加工时,Fy会使车刀同时在y、z方向产生变形,形成加工误差,Fx在轴向对工件产生作用,如果轴的两端为固定支承,会将工件 “压弯”。总之,装夹不当,细长轴很容易因切削力及重力作用而弯曲变形,产生振动,特别是长径比较大时,自重力越大,这种弯曲变形和振动就更为显著,从而降低加工精度,造成表面粗糙。
1. 2 切削热
车削时,由于切削热的影响,工件随温度升高而逐渐伸长变形,这就叫 “热变形”。工件热变形伸长量可按下式计算:
式中: ΔL———工件热变形伸长量( mm) ;
αl———材料线胀系数( 1 /℃ ) ;
L———工件的总长;
Δt———工件升高的温度( ℃ ) 。
从上式可看出,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( L长) ,散热性差( Δt高) ,轴向尺寸在切削热的作用下,会产生相当大的膨胀,如果轴的两端为固定支承,则会因受挤而弯曲变形。当轴以高速旋转时,这种弯曲所引起的离心力将进一步加剧轴的变形与振动。
此外,加工细长轴一次进给所需的时间长,刀具磨损大,从而增加了工件的几何形状误差。
由此可知,车削细长轴对刀具、机床精度、辅助工具精度、切削用量的选择、工艺安排与具体操作技能都应有较高的要求,是一项工艺性较强的综合技术。“车工怕杆”的原因也就在此。为消除和减少上述误差,解决细长轴的加工精度问题,在实践工作中我们从提高产品质量和生产效率入手,总结了一套车削细长轴的加工方法,并改进了工艺装备,保证了细长轴的加工质量。
2 提高细长轴加工精度的措施
2. 1 校直
校直可使车削余量均匀,减少车削振动,提高车削质量。坯料校直后,要求在任意1000mm的长度内其直线度误差不大于2mm,这可使切削后的表面残余应力保持较均匀,减少工件在使用中产生变形。
2. 2 调整尾座
使工件开始车削的一端外径比另一端外径大0. 02mm ~0. 04mm,减少由于跟刀架爪脚或车刀磨擦所造成的锥形误差。
2. 3 改善装夹方法
( 1) 细长轴加工往往采用一夹一顶安装工件,用这种装夹方法时,由于顶尖孔与卡爪基面往往不同轴,因而会形成装夹过定位而使工件弯曲变形。所以工件不宜夹得过长,一般在15mm左右,最好在毛坯的外圆上套上一个开口的 φ4mm~ φ5mm的钢丝圈,再伸入卡盘用卡爪夹紧( 钢丝应在卡爪凹槽的同一圆周位置上) ,使毛坯与卡爪间成线接触,起万向调节作用,从而避免了接触面过大。如图2 所示。
( 2) 在尾座上改用弹性回转顶尖来适应工件热变形伸长。
弹性顶尖的结构见图3。顶尖1 用深沟球轴承2、滚针轴承5 支承径向力,推力球轴承4 承受轴向推力。在深沟球轴承和推力球轴承之间,放置三片厚2. 5mm的碟形弹簧3。当工件变形伸长时,工件推动顶尖通过深沟球轴承,使碟形弹簧压缩变形。生产实践证明,用弹性回转顶尖加工细长轴,可有效地适应工件热变形伸长,工件不易弯曲,车削可顺利进行。不过,顶尖顶住工件的松紧也要合理以既能随工件转动,又能用右手食指和拇指捏停顶尖为宜。
1-顶尖;2-深沟球轴承;3-碟形弹簧;4-推力球轴承;5-滚针轴承
2. 4 跟刀架的改进与正确使用
( 1) 快装拆式三爪跟刀架。跟刀架是加工细长轴极其重要的附件。夹角90 度的三爪结构比夹角105 度的两爪结构,易平衡径向切削力,支承均衡性好。跟刀架爪脚采用耐磨的球墨铸铁材料,在粗加工和半精加工时爪脚都要研磨,使其对工件有较大的接触弧面,根据工件不同的直径,多配几套级数的爪脚,并做成快装拆式,如图4 所示,可减少研磨时间。
( 2) 对跟刀架爪脚进行预磨损。研磨时将跟刀架的爪脚支紧工件上车过的一段外圆( 这段外圆要表面粗糙,长度100 毫米左右,其尺寸大小接近于加工所要求的尺寸而位置要尽量靠近卡盘) ,由大拖板作纵向来回移动,干磨跟刀架爪脚面( 注意适时调整跟刀架爪脚,始终与工件接触) 。当接触面达65% 左右,再加乳化液精磨,直到爪脚圆弧有80% ~ 90% 部位与工件表面吻合,以增大爪脚和工件的接触面积,减少爪脚在车削中的磨损。
( 3) 车支撑处外圆的要求: 直径圆度好,光洁,不能有其他变形等缺陷,支撑处外圆的长度一般比支撑爪长15mm左右。支撑处外圆与毛坯外圆相交处,宜车一个40度左右的锥度( 见图2) ,以使接刀时切削力逐步增加,不会受突然冲撞力造成让刀和工件变形。
( 4) 跟刀架爪脚( 宽度约为零件直径的1 ~ 1. 5 倍) 应支于已加工表面,位于车刀后面0. 5mm ~ 2mm处,并逐步压向工件,以手感无振为宜,并加油润滑。粗车时,应将毛坯一次进给车圆,以免影响跟刀架的正常工作。当采用宽刃大进给车刀精车时,爪脚可位于车刀的前面,以防工件精车过的表面出现划痕,间距同上。
2. 5 采用反向进给法
细长轴用一夹一顶法装夹时,若用正向进给方式,则工件在轴向力Fx的作用下产生压缩变形而弯曲。如采用反向进给方法,此时Fx对工件的作用( 卡盘至切削所在点的一段) 是拉伸而不是压缩,同时采用弹性的尾座顶尖,有效补偿了刀具至尾座一段工件的受压变形和热伸长,这样就不至于将工件压弯。反向进给法适于中速粗车和大走刀低速精车,并具有适应性强,对机床精度要求不高,加工效率较高等特点。
2. 6 选用合适的刀具角度和切削用量
粗车使用的刀具采用图5 所示的反偏刀,刀片材料为YT15 硬质合金,主偏角 κr = 75 ~ 90 度,以减小径向切削力Fy,从而减小Fy引起的振动,前刀面上4mm ~ 5mm断屑槽,其目的也是减小切削力和切削温度,防止工件的变形和振动。
精车使用图6 所示的宽刃弹簧车刀,弹性刀杆有利于减振和避免扎刀。采用W18Cr4V高速钢刀片,同时,刀刃要光滑平直,前角大,切削轻快,使切屑排出流畅,这样可解决由于切削热产生线膨胀和径向力使工件弯曲的问题。
刀具安装时,粗加工和半精加工刀尖应高于工件中心0. 2mm ~ 0. 5mm, 精加工刀尖应高于工件中心0. 1mm ~0. 2mm,这样安装不仅增大了工作前角,而且使主后刀面起到约束工件上下窜动的作用,减少工件的低频振动。如用低速宽刃车刀精车时,刀尖应等于或低于主轴中心。
切削用量的选择:
粗车时,ap= 1. 5 ~ 3mm,f = 0. 3 ~ 0. 5mm / r,v = 25 ~35m / min,采用2% ~ 3% 乳化液充分冷却。
精车时,ap= 0. 15 ~ 0. 3mm,f = 3 ~ 5mm / r,v = 1. 8m /min,采用30 号机油充分冷却。
需要强调的是,切削细长轴必须加注切削液充分冷却,以降低工件的温度,减小热变形。并且还可防止跟刀架爪脚拉毛工件,提高刀具的使用寿命和工件的加工质量。
3 实施效果
采用以上措施和精心操作,使细长轴的加工精度大大提高,如车削45 钢 φ40 Cp= CB× N × f1× f2× f3× … × fm×2000mm的细长轴,圆度0. 01mm,圆柱度0. 04mm,直线度0. 05mm,Ra0. 8um ~ 1. 6um,达到设计要求,提高效率4 ~6 倍。
4 结论
本文提出的加工方法,具有操作简单、成本低、加工精度高等特点,并且符合普通加工厂家的实际生产状况,具有良好的应用前景。
需要提出的是,由于细长轴加工工艺系统复杂,稍有疏忽就可能出现问题。在加工中,除了提供必要的工艺保证措施外,还应随时眼看、耳听、手摸发现问题和解决问题,不断提高细长轴的加工工艺水平。
参考文献
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