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摘 要：本文指出了细长轴车削过程中存在的问题，通过理论与实践的结合摸索出一套车削细长轴的有效工艺措施，同时也提出了加工时的注意事项，从而车削出尺寸精度、形位公差和表面粗糙度较高的细长轴。 关键词：细长轴车削；工艺措施；刀具；车削方法 1.细长轴车削加工存在的问题 虽然细长轴的形状不复杂，但由于其本身刚性差，因此，在车削过程中会出现以下问题： (1) 由于工件受切削力、重力和离心惯性力的作用，会产生弯曲变形，所以加工后的圆柱度误差较大，达不到图样和使用要求。 (2) 车削过程中易产生切削振动，很难保证工件的表面粗糙度要求。 (3) 在车削过程中，由于切削热的影响，细长轴随温度升高而产生较大的热变形伸长量，很难继续进行车削，严重时细长轴会被卡死而无法加工。 2.细长轴车削的有效工艺措施 虽然车削细长轴的难度较大，但如果有效地装夹定位工件、正确地采用切削方法、合理地选择刀具，就能降低切削温度、减少热变形，从而获得满意的加工效果。 (1) 工件装夹定位方法为了防止出现细长轴车削加工存在的问题，工件在装夹定位时，应采取以下方法： ① 为了避免工件在车削过程中被卡爪卡死及夹紧时形成弯曲力矩，应在卡盘的每只卡爪下面横向垫入Φ3～Φ5mm的钢条，夹入长度为15～20mm，从而使卡爪夹持工件变为线接触，使工件在卡盘内能自由调节其位置。 ②使用弹性回转顶尖，在工件受切削热而膨胀伸长时，顶尖能轴向压缩，避免工件弯曲变形。 ③为了增加工件的刚性，在工件中间安装中心架。 ④ 为了减少工件因离心惯性力的作用而产生切削振动，可用三只支承爪的跟刀架支承工件，三只支承爪为圆弧形，其圆弧半径与工件外圆配研，圆弧宽度为工件直径的1.2～1.5倍。工件只能绕轴线旋转，有效地减少了切削振动和弯曲变形。 （2）正确的车削方法为了消除工件在切削过程中产生的热膨胀伸长量，我们应该采用正确的进给方法和合理的切削用量。 ① 采取反向进给车削方法，即从卡盘端向尾座端进给车削，从而使工件受轴向力后，能向弹性顶尖处伸缩，减小车削变形。 ② 采用合理的切削用量。粗车时，切削速度v =50～60m／min，进给量=0.3～0.4mm／r，背吃刀量ap=1.5～ 2mm；精车时，切削速度 v=60～lOOm／min，进给量=0.08～ 0.12mm／r，背吃刀量ap=0.5～1mm。 (3)合理地选择刀具车削细长轴时，由于工件刚性差，刀具的几何形状对切削力、工件的变形和振动都有明显的影响，这是我们保证车削质量所要考虑的主要因素，为此，在选择刀具时要非常重视以下几点： ① 对刀具的基本要求： a．粗车时的刀具：一是要有较大的主偏角，取80°～93°较好，较大的主偏角可以减小工件径向受力，因而减少切削振动和弯曲变形；二是要有较大的前角，取15°～30°较合理，增大前角可以减小切削变形和摩擦阻力，使车削时产生的热膨胀伸长量减小；三是要有良好的卷屑作用，减小热变形。 b．精车时的刀具：除满足粗车刀的要求，还要满足四点要求：一是要有合理的切削刃宽度，一般为进给量的1.3倍以上，降低表面粗糙度值；二是要有3°左右的刃倾角，从而实现反向进给时向待加工表面一侧排出切屑；三是要有光滑平直的切削刃，表面粗糙度值在Ra=0.100μm以下，并经常保持锋利；四是要有较小圆弧半径(小于0.3mm)的刀尖，倒棱角也要小，约为进给量的0.5倍，以便减小径向切削力 粗车刀片牌号为YT15，精车刀片牌号为Wl8Cr4V。 ② 使用多刀片可调刀具：在一圆形辅助刀盘上安装三把车刀，工件从刀盘中穿过，车刀通过刀盘径向三颗螺栓调整好径向进给量后，由刀盘端面的车刀定位螺栓固定车刀。 3．细长轴车削的注意事项 车削细长轴除采取以上工艺措施外，还必须注意以下事项： (1)充分加注切削液。充分的切削液可以带走大量的切削热，减少工件的温升，从而减小了热变形。此外，使用切削液还可以防止跟刀架的支承爪拉毛工件，提高刀具的使用寿命和工件的加工质量。 (2)保持刀具锋利。保持刀具锋利可以减少切削变形，减少刀具与工件的摩擦，从而减少切削热的产生。 (3)跟刀架和中心架支承爪的顶力要适当，顶力过大会使工件产生“竹节形”。 (4)跟刀架和中心架支承爪与工件间隙要恰当、接触要均匀，否则，会使工件产生多棱面。 (5)精车时应重修中心孔，顶尖顶紧力不能太大，顶尖与工件间要留有0．1～0.2mm的间隙，避免工件产生“麻花形”，影响加工质量。 4．结论 采取上述工艺措施，车削4m长的细长轴，表面粗糙度值可达Ra =0.2 μm以下、圆柱度小于0.03mm、圆度小于0.01mm、轴线的直线度小于0.08mm。保证了细长轴的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度要求，解决了金属切削过程中出现的一道难题。 参考文献 [1]朱焕池.机械制造工艺学.机械工业出版社.1995.4. [2]上海市第一机电工业局《读本》编审委员会.车工.机械工业出版.1982.5. [3]劳动和社会保障部教材办公室组织编写.车工工艺学.中国劳动社会保障出版社.2005.6. |
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