臥式數(shù)控車床加工細(xì)長(zhǎng)軸零件的探討

許國(guó)偉，李壽春

沈陽(yáng)第一機(jī)床廠，遼寧 沈陽(yáng) 110141

普及型數(shù)控車床作為當(dāng)前較為廣泛使用的加工設(shè)備，其具有加工性能穩(wěn)定、精度高、自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)，其在加工過(guò)程中完全由數(shù)控系統(tǒng)程序控制，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度且具有零件加工的一致性好、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。由于具備此特點(diǎn)，所以當(dāng)前倍受廣大的客戶所青睞，其最終也必將取代普通車床和經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。

但是細(xì)長(zhǎng)軸、薄壁套一直是機(jī)械加工中的難題，其加工的工藝性之差多年來(lái)始終困擾著機(jī)加行業(yè)，有些長(zhǎng)徑比達(dá)到1:30。此類軸剛性極差，在加工過(guò)程中容易產(chǎn)生震動(dòng)和彎曲，車削時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)翹曲、錐度過(guò)大、凸肚、螺紋節(jié)等現(xiàn)象，使工件不能獲得預(yù)期的精度和表面粗糙度而報(bào)廢。在國(guó)內(nèi)一般都采用普通車床配置跟刀架、白鋼手磨大前角車刀及低速加工完成，但是效率較低而且加工質(zhì)量不穩(wěn)定。

此次客戶購(gòu)買我廠的HTC3297機(jī)床加工此類零件，但是沒(méi)有數(shù)控及細(xì)長(zhǎng)軸加工經(jīng)驗(yàn)由我廠組織進(jìn)行攻關(guān)調(diào)試零件加工。現(xiàn)場(chǎng)為了解決加工過(guò)程中震刀及保證共建精度問(wèn)題，我們主要從切削力、刀具并根據(jù)刀具的特點(diǎn)選擇相應(yīng)的切削方法等方面入手，調(diào)研了國(guó)內(nèi)其他企業(yè)的加工情況但是不容樂(lè)觀。

1 頂緊力考慮

我們首先從頂緊力入手，防止工件因頂緊力過(guò)大造成的工件靜態(tài)彎曲，多數(shù)普及型臥式數(shù)控車床配置的液壓尾座均有套筒鎖緊功能，在加工細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)因?yàn)轫敿忭斁o工件后，頂尖外錐面與工件中心孔內(nèi)錐面接觸較好，套筒鎖緊會(huì)造成尾座套筒在鎖緊機(jī)構(gòu)的作用下停止了軸向微量位移，在車削過(guò)程中由于切削力和受熱膨脹而引起的工件變形造成尾座芯不能相應(yīng)退回而得不到補(bǔ)償，進(jìn)而會(huì)引起工件的頂尖孔與頂尖面接觸不良導(dǎo)致嚴(yán)重的加工振動(dòng)；經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)我們決定取消應(yīng)在加工過(guò)程中取消套筒鎖緊功能，經(jīng)調(diào)試我們把壓力控制在0.5bar，轉(zhuǎn)速1800r/min比較穩(wěn)定。

但是使用普通涂層刀具、手磨刀具進(jìn)行試驗(yàn)，在離尾座100mm左右發(fā)生抖動(dòng)，而無(wú)法繼續(xù)加工完成零件。

2 刀具的改進(jìn)

在傳統(tǒng)的普通車床上加工細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，一般都采用跟刀架及手磨刃白鋼刀，但是跟刀是手動(dòng)結(jié)構(gòu)，在車削一段長(zhǎng)度后工人讓調(diào)整跟刀架車削外圓，而且普通車床的轉(zhuǎn)速較低，以致造成了車削的效率低下無(wú)法滿足大批量的加工；但是數(shù)控車配置普通涂層刀片使用刀尖切削此類工件，在高速狀態(tài)下加工，工件發(fā)生抖動(dòng)無(wú)法進(jìn)刀加工工件，尤其長(zhǎng)徑比大于1:15以上的軸類零件。

而這次刀具的改進(jìn)，為了保存跟刀架及手磨刀片的優(yōu)勢(shì)，我們把刀尖的中心高墊高2mm，使用刀片的切削刃加工，靠刀具的后刀面壓住工件，防止工件在受力和高速狀態(tài)下抖動(dòng)，以達(dá)到跟刀架的效果。其次，我們把刀具的前角按常用的手磨刀片處理，前角達(dá)到15°，切削刃不再涂層以增加刀片的切割性能，使切削零件受力在滿足性能情況下減到最小。

簡(jiǎn)單改裝后結(jié)構(gòu)圖如下:

改后結(jié)構(gòu)圖

3 實(shí)驗(yàn)

要求及準(zhǔn)備:

1）數(shù)控機(jī)床:HTC3297；

2）工件裝夾方式:標(biāo)準(zhǔn)三爪自定心卡盤、液壓尾座；

3）工件尺寸:￠25*600；

4）長(zhǎng)徑比:1:24；

5）工件加工后中間允許跳動(dòng):0.05mm；

6）粗糙度:Ra3.2；

7）加工節(jié)拍:140秒/件（含輔助時(shí)間）；

8）工件材質(zhì):45#；調(diào)質(zhì)回火硬度HB280；

9）毛坯準(zhǔn)備:打兩端中心孔并套車卡持端30mm。

4 工藝參數(shù)

1）工件加工分粗、精二次；粗加工主軸轉(zhuǎn)數(shù)1800rpm；進(jìn)給量0.4mm/r；精加工主軸轉(zhuǎn)數(shù)1700rpm；進(jìn)給量0.2mm/r；

2）液壓尾座壓力:0.5bar。

5 實(shí)際加工結(jié)果

1）加工節(jié)拍:120秒/件；

2）粗糙度:Ra3.2；且無(wú)震紋；

3）工件加工后中間允許跳動(dòng):0.03mm。

6 結(jié)論

經(jīng)過(guò)我廠的攻關(guān)，在機(jī)床的頂緊力及刀具上做一些改進(jìn)后滿足了用戶對(duì)零件的要求；并通過(guò)此次在客戶的實(shí)際加工情況證明臥式數(shù)控車床加工細(xì)長(zhǎng)軸類零件已不是難題，且取得了非常好的效果；充分發(fā)揮出了數(shù)控機(jī)床的高精度、高可靠性、高效率及一致性的特點(diǎn)，并為今后同類零件的加工提供了依據(jù)和基礎(chǔ)。

[1]楊瑾澤.關(guān)于數(shù)控機(jī)床零部件加工的技術(shù)探討[J].科技資訊，2008.

[2]鄒德恒.高速切削過(guò)程切削條件優(yōu)化研究最新動(dòng)態(tài)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2011(3):61-67.