細(xì)長(zhǎng)軸類零件的加工與技術(shù)改進(jìn)

邵加發(fā)

(保山市高級(jí)技工學(xué)校，云南 保山 678000)

一、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

2008年我在企業(yè)里上班，是一名質(zhì)管技術(shù)科員，一天在處理一批產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題時(shí)發(fā)現(xiàn)：該零件在加工完后發(fā)現(xiàn)都存在誤差現(xiàn)象，都沒(méi)有達(dá)到所要求的尺寸、形位公差。通過(guò)計(jì)算，此工件長(zhǎng)徑比為60，此零件屬于細(xì)長(zhǎng)軸。于是我就在不停思考：怎樣才能使零件加工符合要求呢？

二、分析問(wèn)題

由于此零件的長(zhǎng)徑比很大，剛性差，在車削時(shí)，受切削力、裝夾力、自身重力、切削熱、振動(dòng)等因素的影響。容易出現(xiàn)以下問(wèn)題：

①切削時(shí)產(chǎn)生的徑向切削力與裝夾徑向分力的合力。會(huì)使工件彎曲，工件旋轉(zhuǎn)時(shí)引起振動(dòng)，從而影響加工精度和表面質(zhì)量。

②工件轉(zhuǎn)速高時(shí)，由于離心力的作用。加劇了工件的彎曲和振動(dòng)。

③由于工件自重變形而加劇工件的振動(dòng)(自振)，影響加工精度和表面質(zhì)量。

三、解決問(wèn)題

3.1 合理選擇車刀幾何形狀

根據(jù)細(xì)長(zhǎng)軸剛性差、易變形的特點(diǎn)，要求車削細(xì)長(zhǎng)軸的車刀（圖1【3】須具有在車削時(shí)徑向力小、車刀鋒利和車出工件表面粗糙度值小的特點(diǎn)。

圖1 車削細(xì)長(zhǎng)軸車刀

圖2 刀具前角對(duì)震動(dòng)的影響

(2)前角r0:前角r0:對(duì)振動(dòng)的影響如圖2，隨前角的增大，振動(dòng)隨之下降，但在切削速度較高的范圍內(nèi)，前角對(duì)振動(dòng)的影響將減弱。由于細(xì)長(zhǎng)軸車削速度一般不會(huì)太高，故在粗加工中取r0=15°～20°，精車時(shí)取r0=20°～30°。

(3)后角α0:一般來(lái)說(shuō)，后角對(duì)切削穩(wěn)定性無(wú)多大影響，但當(dāng)后角減小到2°～3°時(shí)，振動(dòng)明顯減弱，在生產(chǎn)中也發(fā)現(xiàn)，后刀面有一定程度的磨損后，會(huì)有顯著的減振作用。

(4)刀具圓弧半徑γs:γs增大徑向分量力隨之增大，為避免自振γs越小越好。但隨γs的減小，將使刀具壽命降低，同時(shí)也不利于表面粗糙度的改善。故加工時(shí)，刀尖圓弧r≤0.3mm。

（5）為排削順利，車刀應(yīng)磨有R(1.5mm～3mm)的斷屑槽。

3.2 合理選擇切削參數(shù)

切削速度的選擇：由圖4可知，在高速或低速范圍進(jìn)行切削，自振就不易產(chǎn)生。特別是在高速范圍內(nèi)進(jìn)行切削，既可提高生產(chǎn)率，又可避免切削顫振，是值得采用的方法。

(2)進(jìn)給量的選擇：如圖5振動(dòng)強(qiáng)度隨進(jìn)給量，的增大而減小，應(yīng)選取大的進(jìn)給量。

(3)切削深度αρ的選擇：切削深度對(duì)切削穩(wěn)定性的影響如圖6可知隨著αρ增大，振動(dòng)不斷加大。當(dāng)f增大時(shí)，極限切斷深度也隨之加大。所以，為加大極限切削深度αρ必須增加進(jìn)給量f。

圖3 偏角對(duì)震動(dòng)的影響

圖4 V對(duì)切削穩(wěn)定性的影響

圖5 f對(duì)切削穩(wěn)定性的影響

圖6 αρ對(duì)切削穩(wěn)定性的影響

圖7 彈性活頂尖

圖8 改制頂尖1-頂尖 2-深溝球軸承 3-彈簧 4-推力球軸承 5-滾針軸承（左側(cè)芯軸為頂尖右側(cè)是拉緊螺桿）

(4)應(yīng)盡量避免寬而薄的切屑，否則極易顫振。

綜上所屬：車細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，應(yīng)分為粗車和精車，若選用材料為YT15、形狀為圖2所示的車刀，粗車時(shí)切削用量應(yīng)選αρ=1.5mm-2mm、f=0.3mm/r-0.4mm/r、v=50m/min-60 m/min比較合適；精車時(shí)αρ=0.5mm-1mm、f=0.08mm/r-0.12mm/r、v=60m/min-100m/min比較合適。

3.3 變形量計(jì)算

使用冷卻液充分冷卻在零件加工時(shí)，由于切削熱引起零件變形。變形量公式為：△L= L·a·△t為工件總長(zhǎng)

式中：△L為工件伸長(zhǎng)量，mm；L，mm；a為材料線

膨脹系數(shù)，1um／℃ ；△t為工件升高溫度，℃。

由變形量公式可知，熱變形量與溫升成正比，因此。必須有效控制零件溫升。采用冷卻液對(duì)加工工件進(jìn)行充分冷卻、潤(rùn)滑，吸收切削產(chǎn)生的熱量，改善刀具與工件的摩擦情況，降低切削熱、減小熱變形和刀具磨損，從而提高加工精度。

3.4 傳統(tǒng)細(xì)長(zhǎng)軸的加工描述

細(xì)長(zhǎng)軸傳統(tǒng)的加工方法——兩頂 (即一夾一頂)，一般都利用過(guò)定位原理，使用跟刀架或中心架作為輔助支撐來(lái)增加工件的剛性。這一加工方法，對(duì)要求不高的細(xì)長(zhǎng)軸沒(méi)有問(wèn)題，但對(duì)于精度要求高或長(zhǎng)徑比很大的超細(xì)長(zhǎng)軸就很難加工出合格產(chǎn)品。由于頂尖的頂力作用，使軸在加工中受到的徑向彎曲力加大，從而使軸的彎曲變形加大，加工精度降低。再加之切削熱及跟力架與中心架的摩擦熱使工件產(chǎn)生熱膨脹，工件脹長(zhǎng)增大了軸的彎曲度，另外跟力架與中心架的腳爪中心線可能與軸中心線不完全同心。因此，一夾一頂?shù)膫鹘y(tǒng)方法，加工超細(xì)長(zhǎng)軸，即使使用中心架、跟刀架來(lái)增加零件的剛度，也不能很好的消除彎曲變形，加工精度也低。

3.5 車削細(xì)長(zhǎng)軸類零件技術(shù)改進(jìn)

細(xì)長(zhǎng)軸一夾一拉加工法針對(duì)傳統(tǒng)裝夾方法的缺陷，采用一夾一拉【4】的裝夾方法來(lái)解決這一問(wèn)題，裝夾時(shí)需要在夾緊處墊一開(kāi)口鋼絲圈，使工件與卡爪之間的夾持變?yōu)榫€接觸，起到類似萬(wàn)向節(jié)的作用(使工件在裝夾過(guò)程中不產(chǎn)生過(guò)定位)，工件的另一端由經(jīng)彈性活頂尖（圖7）按軸徑改制成的頂尖(圖8所示)拉緊，其拉緊力越大加工效果就越好。

根據(jù)前面的分析可知，一夾一拉加工方法，由于兩端拉力，使軸在加工中受的徑向彎曲力減小，從而使軸的彎曲變形減小；再加切削熱及摩擦熱是使工件受熱膨脹增長(zhǎng)，兩拉作用力能很好地防止工件脹長(zhǎng)頂死而彎曲變形，因此，兩拉加工方法與傳統(tǒng)加工方法相比，能有效提高工件的加工精度。

細(xì)長(zhǎng)軸的兩拉車削工藝細(xì)長(zhǎng)軸一般采用先按改制后的頂尖內(nèi)螺紋孔配車?yán)菁y。以便在車削過(guò)程中莊家方便。

結(jié)語(yǔ)

一直以來(lái)我都在不停地思索。看了相關(guān)書(shū)籍和資料后結(jié)合專業(yè)知識(shí)寫(xiě)下了這篇論文。希望能夠?qū)庸ぜ?xì)長(zhǎng)軸的企業(yè)有所幫助。

[1]曾慶福.機(jī)械制造工藝學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1990.

[2]韓步愈.金屬切削原理與刀具[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1995.

[3]蔣增福.車工工藝與技能訓(xùn)練[M].北京：高等教育出版社，2004.

[4]趙建中.細(xì)長(zhǎng)軸類零件的加工方法 [J].四川.機(jī)械研究與應(yīng)用，2007.