论文细长轴的加工技术方法.docx

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论文细长轴的加工技术方法

论文：

细长轴的加工技术方法

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：

不落轮镟床工

准考证号:

工作单位：

长沙市轨道交通运营有限公司

2015年9月8日

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，则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）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）。

图2径向切削力的影响及力学模型

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，提高细长轴的加工精度问题，实质上就是控制工艺系统的受力及受热变形的问题。

三、提高细长轴加工精度的措施

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部分，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。

使主轴中心和尾座顶尖中心线与导轨全长平行。

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、选择合适的装夹方法

（1）两顶尖装央定位准确，容易保证工件轴度要求。

但该方法车削刚性较差，要求顶紧力适当，否则弯曲变形大，而且极易产生振动。

只适宜于长度与直径比不很大，加工余量小，需要多次以两顶尖孔定位来保证同轴度要求的工件加工。

（2）一端用卡盘夹紧，另一端用顶尖顶紧顶尖顶得太紧，工件切削时变热伸长变阻，将引起轴变形弯曲；顶尖顶得太松，则稳定性差，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—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。

此外，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，这是加工细长轴比较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，使用中心架和跟刀架来解决

使用跟刀架或中心架的加工特点：

车细长轴时由于使用跟刀架，若支承工件的两个支承块对零件压力不适当，会影响加工精度。

若压力过小或不接触，就不起作用，不能提高零件的刚度：

若压力过大，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，不易获得良好的表面粗糙度和几何精度。

（1）当工件可分段车削时，中心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，细长轴的刚度可以增加几倍，能有效防止轴加工时的绕曲变形（见图3-1）。

图3-1中心架的装夹方法

（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。

从而提高细长轴的形状精度和减小表面粗糙度。

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，其中心都必须与卡盘、尾座顶尖处于同一中心上（如图3-2）。

必要时可将圆柱铰刀或圆柱铣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，因为这种材料的磨损较小能保证加工精度，而且不会研伤工件表面，能提高工件表面的光洁度。

跟刀架爪与工件表面要接触良好，其压力大小是由操作者手感控制，不得过紧或过松。

过紧，工件随着走刀，会产生竹节形误差，表面粗糙度加大；过松，工件容易跳动产生椭圆形、三菱形、竹节形等误差，表面粗糙度也会增大。

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

式中：

1为材料的线膨胀系数；

Ｌ为工件总长；

t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，需采取措施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明，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Ｂ方向一致，加剧了细长轴工件的弯曲。

若反向进给，其轴向分力只对工件产生的拉力，使工件已加工部分轴向拉伸，与工件变热伸长方向一致，共同向弹性顶尖压缩。

为取得最佳效果，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，从而控制热变形。

（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）一夹一顶上中心架，或两顶尖上中心架，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）。

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）。

图3-4双刀车削细长轴

（5）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。

（6）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。

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

7、适当的控制切削用量。

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（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。

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（见图3-5）。

图3-5刀具切削几何角度

（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°～100°。

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。

通过上述措施，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，就可以保证细长轴的加工精度，避免返修，报废情况的发生，提高工作效率，节约生产成本。

四、参考文献

[1]陈日曜.金属切削原理（第二版）[Ｍ]北京：

机械工业出版社．1995.

[2]杨授时.中级车工技术[Ｍ]北京：

机械工业出版社.1999.

[3]余新旸.机械制造基础[Ｍ]北京：

北京大学出版社.2008.

[4]郁鼎文.现代制造技术[Ｍ]北京：

清华大学出版社.2006.

[5]彭云峰，郭隐彪.车削加工工艺及应用[Ｍ]北京：

国防工业出版社.2010.

[6]赵志修.机械制造工艺学[Ｍ]北京：

.机械工业出版社，1985.

[7]顾崇衔.机械制造力学