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細長軸車削的關鍵技術

瀏覽:3930 發布時間:2014-11-14

前言

 

    細長軸的外形並不複雜,但由於其本身的剛度低,車削時又受切削力、重力、切削熱等因素的影響,容易產生彎曲變形以及振動、錐度、腰鼓形、竹節形等缺陷,但隻要抓住中心架和跟刀架的使用、解決工件熱變形伸長以及合理選擇車刀的幾何參數三個關鍵技術,問題就迎刃而解。

 

一 細長軸的結構、工藝特點分析

1.定義

    一般把長度與直徑之比大於20的軸類零件,稱為細長軸。

2.結構及工藝特點

    剛性差

    細長軸車削過程中在切削力、自身重力和離心力的作用下,極易產生彎曲和振動,影響工件的加工精度和表麵粗糙度。為提高工件剛性,加工中常采用中心架或跟刀架;為減小加工時的振動,車削時一般采用較低的轉速。

    易產生熱變形

    車削細長軸時,工件常用兩頂尖或一端用卡盤一端用頂尖裝夾。由於每次走刀時間較長,大部分切削熱傳入工件,導致工件熱伸長而產生彎曲變形。其熱變形伸長量可按下式計算:

DL=aLLDt

式中:DL—— 工件熱變形伸長量(mm);

      aL——材料的線膨脹係數(1/℃)

 

    如車削直徑為Ø25mm,長度為1200mm的細長軸,材料為45鋼,車削時因受切削熱的影響,使工件由原來的21℃上升到61℃。查得aL=11.59×10-6/℃,由上麵公式可知這根細長軸的熱變形伸長量為:

DL=aLLDt=11.59×10-6×1200×40≈0.556mm

可看出細長軸熱變形伸長量是很大的,必須采取措施減少工件的熱變形。

    易產生加工誤差

    車削細長軸時,由於中心架、跟刀架的使用,帶來了機床、刀具、輔助工夾具、工件之間的配合、調整困難,也增大了係統共振的因素,易造成工件竹節形、棱圓形誤差,影響加工精度。

 

二 提高細長軸剛度的措施

1.中心架支撐車削細長軸

    當細長軸可以分段車削時,中心架的架體通過壓板支撐在工件中間,如圖1所示。這時,L/d的值減少了一半,車削時工件的剛度可增加許多倍。在工件裝上中心架之前,必須在毛坯中部車出一段支撐中心架支撐爪的溝槽。

    調整中心架時,必須先通過調整螺釘調整好下麵兩個支撐爪,再用緊定螺釘緊固,然後把上蓋蓋好固定,最後調整上麵的一個支撐爪,並用緊定螺釘緊固。

2.過渡套筒支撐車削細長軸

    使用過渡套筒支撐車削細長軸,如圖2所示,其中心架與過渡套筒的外表麵接觸。過渡套筒的兩端各裝有3個調整螺釘,用這些螺釘夾住毛坯工件,並調整套筒外圓的軸線與車床主軸軸線重合,即可車削。

3.跟刀架支撐車削細長軸

    使用跟刀架支撐車細長軸時,跟刀架固定在床鞍上,跟在車刀的後麵,隨車刀的進給移動,抵消背向力,並可以增加工件的剛度,減少變形,從而提高細長軸的形狀精度並減少表麵粗糙度。

    實際使用時,工件本身有一個向下的重力以及工件不可避免的彎曲,車削時工件往往因離心力的作用瞬時離開支撐爪,又瞬時接觸支撐爪而產生振動。所以采用3個支撐爪的跟刀架支撐工件,一麵由車刀抵住,使工件上下、左右都不能移動,車削時非常穩定,不易產生振動。

 

三 減少細長軸熱變形的措施

1.使用彈性回轉頂尖

    彈性回轉頂尖的結構如圖4所示。頂尖用圓柱滾子軸承、滾針軸承承受背向力,推力球軸承承受進給力。在短圓柱滾子軸承和推力球軸承之間,放置若幹片碟形彈簧。當工件熱變形伸長時,工件推動頂尖通過圓柱滾子軸承,使碟形彈簧壓縮變形。生產實踐證明,用彈性回轉頂尖加工細長軸,可有效地補償工件的熱變形伸長,工件不易彎曲,車削可順利進行。

2.浮動夾緊和反向進給車削

    細長軸采用一夾一頂裝夾方式,其卡爪夾持的部分不宜過長,一般為15mm左右,最好用Ø3mm×200mm的鋼絲墊在卡爪的凹槽中。這樣細長軸左端的夾持就形成線接觸的浮動狀態,使細長軸在卡盤內能自由調節,切削過程中熱變形伸長的細長軸,不會因卡盤夾死而產生彎曲變形。采用反向進給時,進給力Ff拉直工件已切削部分,並推進工件待切削部分由右端的彈性回轉頂尖支撐並補償,細長軸不易產生彎曲變形。

3.加注充分的切削液

    車削細長軸時,無論是低速切削,還是高速切削,加注充分的切削液能有效地降低切削區域的溫度,從而減小工件的熱變形伸長,延長車刀的使用壽命。

4.保持刀具鋒利

    要求刀麵粗糙度Ra≤0.4µm,並保持切削刃鋒利,以減少車刀與工件之間的摩擦發熱。

 

四 合理選擇車刀幾何參數

1.主偏角的選擇

    車刀的主偏角是影響背向力的主要因素,在不影響刀具強度的前提下,應盡量增大車刀主偏角,以減少背向力,從而減少細長軸的彎曲變形。一般細長軸車刀的主偏角選80°~93°。

2.前角的選擇

    為了減少切削力和切削熱,應選擇較大的前角,以使刀具鋒利,切削輕快,一般取15°~30°。

3.刃傾角的選擇

    選擇正值刃傾角,通常取+3°~+10°,使切屑流向待加工表麵。此外,車刀也容易切入工件。

4.其它幾何參數的選擇

    前麵應磨有R1.5~3mm的圓弧形斷屑槽,使切屑順利卷曲折斷。為了減少背向力,應選擇較小的刀尖圓弧半徑(re<0.3mm)。倒棱的寬度也應選得較小,一般選取倒棱寬度br1=0.5f。

 

五 結論

    經過以上對細長軸車削中關鍵技術的分析討論,可得出以下幾點結論:

1.由於細長軸剛性差、易產生熱變形和剛性誤差,所以使用中心架支撐在工件中間,工件的剛性可提高好幾倍。中心架裝上後,應逐個調整中心架的三個支撐爪,使三個支撐爪對工件支撐的鬆緊程度適當,並經常加潤滑油,以減少磨損。

2.對不允許有接刀痕跡的細長軸,可采用跟刀架車削。跟刀架調整時,應先調整後支撐爪,再調整下支撐爪和上支撐爪,使其輕輕接觸工件。

3.對於細長軸車削,由於工件的特點,會產生較大的熱變形量,可以通過使用彈性回轉頂尖、浮動夾緊和反向進給車削等措施來減少其影響。

4.合理選擇車刀幾何參數,減少切削力和切削熱。

 

 

摘自:《切削技術》

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