超细长轴大批量生产截断装备的分析与设计Word格式.docx

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Abstract：

Thecommonprocessingandtechnologyofslimaxleisintroducedathomeandabroadinthispaperatfirst,aprocesstechnologyofhigth-gradeelectricalmachineshaftandthetechnologyandprocessofslimaxleforcutoffaredrawnout.Mainintroducethedesignofcutoffmachineforslimaxleof1mm.Themethodofdiscerptionarrangmentforfeedingandblankingdeviceisusedtomachdifferentlengthofblankinthedesignofcutoffmachine,andVariablelengthfeedingproblemissolvedwithrollerconveyorwhichisunderthecontrolofPLCandsensor.Hydraulicdriveisadoptincuttingdepart.Hydraulicpumpsisunloadedandpistonislockedtoavoidmovementinterferenceoffeedingandblanking.Thefunctionofeachcomponent,selectionprinceiplesofstandardpartsandconcretedesignofuniversalpartsareintroducedinthispaperalso.

关键词：

超细长轴、送料、剪切

Keywords：

Surpassthethinlongaxis、Feeding、Shear

前言

所谓细长轴是指长度与直径的比值大于20的轴。

目前它的使用已经很广泛了，比如在微型振动马达、音像的机芯、CD轴、微型电机、电动工具、家用电器、精密仪表、办公用品、汽车用零部件上都用到了细长轴。

而且随着各种仪器设备朝着精细化微细化的发展趋势以及加工手段的提高，在将来细长轴的应用将更加广泛。

相应的细长轴坯料的截断装备的需求也将会得到更加广泛。

目前在国内外，对3mm以下的细长轴的加工研究还比较少，而且研究者大都将注意力集中于细长轴的加工工艺的研究上，专门针对超细长轴坯料截断装备的研究就更少了，因此对本课题的展开研究是很有意义的。

金属材料的截断的方法有多种，在大的方面可以分成机械切割法、热切割法和水流射切割。

目前世界上流行的比较先进的切割技术是等离子切割、激光切割、（属于热切割）和水流射切割，它们的切割精度高，断面的变形小是精密的金属下料手段。

但这些先进的切割方法都不适用于1mm左右钢丝坯料的截断。

因此，本截断装备用的是机械式的切割方式，采用冲裁的形式来将钢丝截断。

采用一般的冲裁设备用凸、凹模间刃口将坯料截断，可以得到较好的断面质量，且当采用并排多刃切割时也能获得较高的生产效率。

但是在一般情况下，冲裁设备要自动实现变长落料是比较困难的。

在本装备的设计中采用了将送料设备与剪切设备分开的灵活布置方式，用PLC控制电机向前送料可以方便的实现变长的送料的问题。

由于设计本装备主要是针对直径为1mm左右的超细长轴,其原材料可直接选用专业厂家生产的钢丝，而厂家生产的钢丝成品一般是储存在工字轮中的，这就使钢丝在加工的时候是弯曲的，如果不采取合适的方法，钢丝向前送进是很困难的。

在本装备中，采用专门设计的辊子输送机来进行送料，在钢丝被送到剪切位置之前就将它拉直，可以解决了钢丝弯曲的问题。

本装备设计的一个关键的要求就是生产批量问题，采用驱动辊子一次送多根料，刀座上安装多个刀刃一次剪切能下多根料的方法使批量生产不成问题。

另外，剪切装置采用液压驱动方式，而不是一般的机械式驱动的目的是为了便于控制，自动化操作，液压元件的许多优点使它们用于本装备中很合适。

结合本装备加工工件的特点，采用相应的措施可以满足为后续工序提供坯料的要求。

1.绪论

1.1选题背景

在当今社会随着科学技术迅猛的发展，精细化、微型化已成为社会发展一种必然的趋势。

在这种趋势下，人们对一些机械产品的要求不断提高，不仅要求它们的功能强大、寿命更长，而且要求它们更加精密，更加小型化、微型化。

在绝大多数的机械中轴是必不可少的零件。

轴类零件的小型化、微型化在现在和将来也是不可阻挡的趋势。

各种精密、微型机械的研究、设计，要求能加工出的轴的直径更小，长径比更大，轴的加工质量、加工精度更高。

而目前，在国内外细长轴的加工还是个难点，针对如何提高细长轴的加工质量提高加工效率是个很值得探讨的问题。

1.2课题研究的目的意义

由于细长轴自身的特点：

长径比大，刚性差，对于切削力、振动和切削温度十分敏感。

在加工时，往往存在以下问题：

（1）刚性差。

在切削时很容易受切削力和重力的作用而引起弯曲变形,产生振动,从而影响加工精度和表面质量。

（2）热变形伸长量大。

在切削热的作用下,会产生相当大的线膨胀,当轴以高速旋转时,所引起的离心力会加剧轴的变形。

（3）在高速、小进给量精车时,刀具易于磨损,从而影响工件的尺寸精度和形状精度。

（4）在进行精度要求高的磨削时,易产生腰鼓形,很难达到加工精度和表面粗糙度[1]。

鉴于细长轴的以上加工特点用一般的加工方法是很难达到加工要求的，且经常性造成产品在精加工时的报废，影响产品交付日期、提高加工成本。

研究一套生产效率高、加工质量好的细长轴加工工艺是一个很有必要的。

1.3细长轴加工工艺的国内外研究现状

针对大长径比细长轴的加工困难，目前国内外的文献主要是从车削、磨削、搓削、滚压加工等几个方面来谈细长轴的加工的。

1.3.1细长轴的车削加工

细长轴的车削加工又是从车刀的设计、加工方法、加工工装和切削用量等几个方面来克服细长轴的加工困难的。

车刀设计。

影响细长轴加工精度的主要因索包括:

切削力、切削热变形、刀具热变形、内应力以及刀具安装高度误差等引起的误差。

而上述因素均与刀具的材料，刀具参数主偏角、副偏角、前角、后角、切削刃刃口半径和刀尖圆弧半径r有关。

而且初加工刀具与精加工刀具的设计是不相同的。

初加工刀具采用硬质合金刀片，主偏角一般取k=75o～93o，以使径向力Py减小，轴向分力Px增大，从而减少切削振动和弯曲变形；

车刀前角取为γ0=15o～20o,不要磨出倒棱和刀尖圆弧及过度刃,使刀刃保持锋利，切削轻快，防止振动；

正刃倾角为λo=3o～8o，减小切深抗力Fy，并使切屑流向待加工表面，不缠绕工件，切削过程顺利；

将断屑槽磨成R2.5～4mm有良好的卷屑作用。

精加工刀具采用高速钢W18Cr4V刀片，用弹性刀杆使切削过程稳定，刀刃应平直光滑锋利，前角ro=30o，使切削轻快，切屑呈铝箔纸状，排出流畅；

切削刃宽度为进给量的1.3倍以上，这样可修光工件的表面；

负刃倾角可取为1o30’～2o，反向进给时可使切屑向待加工表面一侧排出[1]。

车削方法。

细长轴的车削方法有逆向车削和拉夹车削两种。

逆向车削是指车刀从卡盘方向向尾座方向进给，进给时产生的轴向力由尾座承受，尾座是用弹簧顶尖将轴顶住的，在轴向力的作用下顶尖向里缩进可有效防止轴的弯曲变形。

拉夹车削是指在车削加工的过程中，工件的头部由卡盘夹紧，而尾部用专门设计的拉夹头支撑并给以轴向拉紧，拉夹头结构如图1.1示的。

能在工件受热伸长时其滑动套可轴向移动，避免工件的弯曲变形，而且由于工件与连接轴的特殊联接方式，在滑动套轴向移动后工件在刀具和拉夹头之间的部分仍处于受拉状态，不易振动。

拉夹式车削的工件在全长上始终受到轴向拉力的张紧作用，轴的振动和弯曲变形能大大减少。

但拉夹车削时的拉紧力要控制合适过大过小均不好[2]。

图1.1拉夹头的结构简图

1.工件2.联轴器3.弹簧4.端盖5.基体6.螺钉7.联结螺钉8.螺母9.垫片

10.滑动套11.隔离套12.轴承13.调节环

加工工装。

细长轴的加工工装主要有：

可伸缩弹簧顶尖、跟刀抓、托架等。

使用可伸缩的弹簧顶尖在工件受切削热而膨胀伸长时，顶尖能轴向压缩，有效的避免工件弯曲变形。

车削时工件被夹在跟刀爪和车刀之间由此形成两对径向压力，能限制工件上下、左右移动，只能绕轴线旋转，故能有效地减少切削振动和工件变形。

当细长轴长度较长、直径较细时，在车削到车头或车尾时，中间很长一段不受控制，特别是在加工量不均匀时，在离心力的作用下，工件容易弯曲，极易发生振动，使切削无法进行，这时应采用托架，托架可以有效的控制细长轴的径向甩动，防止轴变形的产生。

切削用量。

实践证明，在车削细长轴时要比车削一般轴车削量小些，车超细长轴又要比细长轴的车削量小些。

第一次走刀的车削深度可取1～1.5mm，以后每次走刀减少0.5mm左右，切削用量见表1.1。

表1.1加工中切削用量

在车削的过程中，要重视更刀架的调整，始终保持刀具的锋利，合理的选择切削用量，另外供给充足的切削液在切削时可增加工件的光洁度[3]。

1.3.2细长轴的磨削加工

研究表明在普通外圆磨床上只要检修、调整好机床，合理的选择砂轮、磨削用量和工艺过程，就可能达到细长轴的加工技术要求。

磨削前的准备工作。

磨削前要校直好工件保证工件的直线度，工件的弯曲度应控制在工件在每1000mm长度，其弯曲率0.15mm内。

检修机床使机床的各项加工参数满足细长轴的加工质量要求，精度达到出厂时的指标。

砂轮及磨削用量的选择。

根据细长轴材料的不同，选择不同磨料、硬度、粒度的砂轮，这是很重要的。

磨细长轴的砂轮硬度应稍软、粒度应稍粗为好。

砂轮的形状取中间凹形砂轮既减少砂轮与工件的接触面积，而且砂轮整体宽度不变，可以减少细长轴在旋转中产生的自激振动，砂轮的选择见表1.2。

表1.2磨削不同材料时砂轮的选择

表1.3磨削用量

从表1.3中可以看出细长轴磨削的特点：

（1）修整砂轮时的走刀量V1、切深t均比一般磨削大而深,可使砂轮的表面比较粗糙,以增强切削性能。

（2）磨削时工件的转速较低,精磨时更低,以减少细长轴因旋转而产生的振动。

走刀量较大,以便将一部分切向力转化为轴向力,减小径向力Py。

（3）磨削时切深t用双行程来达到。

因为工件转速低,工件表面与砂轮表面在单位时间内和单位面积上的切削就相应地减少,用往复次数来弥补。

合理的使用中心架。

除了合理的选择中心架的数量外，主要在磨削的过程中合理地调整中心架的两个支片：

（1）用涂色法来观察支片前端与工件表面接触与否；

（2）用手触摸支片前端与工件表面接触与否；

（3）看火花：

当工件、砂轮、支片三者位置一致时，用手调整支片，并观察火花是否增大。

对于高精度、低粗糙度的细长轴磨削，应分为，粗、精磨。

在精磨前应再次进行一次砂轮修整，同时将工件放松。

使