車削加工細(xì)長軸的研究

發(fā)布日期:2011-11-25    蘭生客服中心    瀏覽:2292

摘要:細(xì)長軸的車削加工是機(jī)械加工中比較常見的一種加工方式。由于細(xì)長軸剛性差,車削時(shí)產(chǎn)生的受力、受熱變形較大,很難保證細(xì)長軸的加工質(zhì)量要求。通過采用合適的裝夾方式和先進(jìn)的加工方法,選擇合理的刀具角度和切削用量等措施,可以保證細(xì)長軸的加工質(zhì)量要求。
  在糧油機(jī)械的加工過程中,有很多零件的長徑比l/d>20。
  例如:高方平篩的主轉(zhuǎn)動(dòng)軸、蝶片滾筒精選機(jī)的蝶片轉(zhuǎn)動(dòng)軸等。通常把這類零件稱之為細(xì)長軸。這類零件一般在車床上進(jìn)行加工。在車削過程中,由于其剛性差,在切削力和切削熱的作用下,細(xì)長軸很容易產(chǎn)生彎曲變形,這樣就破壞了刀具和零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性,使加工出來的細(xì)長軸產(chǎn)生中間粗、兩頭細(xì)的形狀,嚴(yán)重影響零件的加工精度.同時(shí)細(xì)長軸產(chǎn)生彎曲變形后,還會(huì)引起工藝系統(tǒng)振動(dòng),影響零件的粗糙度。
  1 引起細(xì)長軸產(chǎn)生彎曲變形的因素
  在車床上車削細(xì)長軸采用的傳統(tǒng)裝夾方式主要有兩種:一種方式是細(xì)長軸的一端用卡盤夾緊,另一端用車床尾架頂尖支承(一夾一頂);另一種方式是細(xì)長軸的兩端均由頂尖支撐(雙頂尖)。
  通過分析研究,車削引起細(xì)長軸彎曲變形的原因主要有:
  1) 切削力導(dǎo)致變形
  在車削過程中,產(chǎn)生的切削力可以分解為軸向切削力PX、徑向切削力PY及切向切削力PZ。不同的切削力對(duì)車削細(xì)長軸時(shí)產(chǎn)生彎曲變形的影響是不同的。
  徑向切削力PY的影響
  徑向切削力是垂直作用在通過細(xì)長軸軸線水平平面內(nèi)的,由于細(xì)長軸的剛性較差,徑向力將會(huì)把細(xì)長軸頂彎,使其在水平面內(nèi)發(fā)生彎曲變形.徑向切削力對(duì)細(xì)長軸彎曲變形的影響.
  軸向切削力PX的影響
  軸向切削力是平行作用在細(xì)長軸軸線方向上的,它對(duì)工件形成一個(gè)彎矩。對(duì)于一般的車削加工,軸向切削力對(duì)工件彎曲變形的影響并不大,可以忽略。但是由于細(xì)長軸的剛性較差,其穩(wěn)定性也較差,當(dāng)軸向切削力超過一定數(shù)值時(shí),將會(huì)把細(xì)長軸壓彎而發(fā)生縱向彎曲變形。
  2) 切削熱產(chǎn)生的影響
  車削加工產(chǎn)生的切削熱,會(huì)引起工件熱伸長。由于在車削過程中,卡盤和尾架頂尖都是固定不動(dòng)的,因此兩者之間的距離也是固定不變的。這樣細(xì)長軸受熱后的軸向伸長量受到限制,導(dǎo)致細(xì)長軸受到軸向擠壓而產(chǎn)生彎曲變形。
  因此可以看出,提高細(xì)長軸的加工精度問題,實(shí)質(zhì)上就是控制工藝系統(tǒng)的受力及受熱變形的問題。
  2 提高細(xì)長軸加工精度的措施
  在細(xì)長軸加工過程中,為提高其加工精度,要根據(jù)不同的生產(chǎn)條件,采取不同的措施,以提高細(xì)長軸的加工精度。
  1) 選擇合適的裝夾方法
  在車床上車削細(xì)長軸采用的兩種傳統(tǒng)裝夾方式中,采用雙頂尖裝夾,工件定位準(zhǔn)確,容易保證同軸度。但用該方法裝夾細(xì)長軸,其剛性較差,細(xì)長軸彎曲變形較大,而且容易產(chǎn)生振動(dòng).因此只適宜于安裝長徑比不大、加工余量較小、同軸度要求較高的工件。
  加工細(xì)長軸通常采用一夾一頂?shù)难b夾方式。但是在該裝夾方式中,如果頂尖頂?shù)锰o,除了可能將細(xì)長軸頂彎外,還能阻礙車削時(shí)細(xì)長軸的受熱伸長,導(dǎo)致細(xì)長軸受到軸向擠壓而產(chǎn)生彎曲變形。另外卡爪夾緊面與頂尖孔可能不同軸,裝夾后會(huì)產(chǎn)生過定位,也能導(dǎo)致細(xì)長軸產(chǎn)生彎曲變形.因此采用一夾一頂裝夾方式時(shí),頂尖應(yīng)采用彈性活頂尖,使細(xì)長軸受熱后可以自由伸長,減少其受熱彎曲變形;同時(shí)可在卡爪與細(xì)長軸之間墊入一個(gè)開口鋼絲圈,以減少卡爪與細(xì)長軸的軸向接觸長度,消除安裝時(shí)的過定位,減少彎曲變形。
  2) 直接減少細(xì)長軸受力變形
     采用跟刀架和中心架
  采用一夾一頂?shù)难b夾方式車削細(xì)長軸,為了減少徑向切削力對(duì)細(xì)長軸彎曲變形的影響,傳統(tǒng)上采用跟刀架和中心架,相當(dāng)于在細(xì)長軸上增加了一個(gè)支撐,增加了細(xì)長軸的剛度,可有效地減少徑向切削力對(duì)細(xì)長軸的影響。
  采用軸向拉夾法車削細(xì)長軸
  采用跟刀架和中心架,雖然能夠增加工件的剛度,基本消除徑向切削力對(duì)工件的影響。但還不能解決軸向切削力把工件壓彎的問題,特別是對(duì)于長徑比較大的細(xì)長軸,這種彎曲變形更為明顯。因此可以采用軸向拉夾法車削細(xì)長軸。軸向夾拉車削是指在車削細(xì)長軸過程中,細(xì)長軸的一端由卡盤夾緊,另一端由專門設(shè)計(jì)的夾拉頭夾緊,夾拉頭給細(xì)長軸施加軸向拉力.
  在車削過程中,細(xì)長軸始終受到軸向拉力,解決了軸向切削力把細(xì)長軸壓彎的問題。同時(shí)在軸向拉力的作用下,會(huì)使細(xì)長軸由于徑向切削力引起的彎曲變形程度減小;補(bǔ)償了因切削熱而產(chǎn)生的軸向伸長量,提高了細(xì)長軸的剛性和加工精度。
  采用反向切削法車削細(xì)長軸
  反向切削法是指在細(xì)長軸的車削過程中,車刀由主軸卡盤開始向尾架方向進(jìn)給.
  這樣在加工過程中產(chǎn)生的軸向切削力使細(xì)長軸受拉,消除了軸向切削力引起的彎曲變形。同時(shí),采用彈性的尾架頂尖,可以有效地補(bǔ)償?shù)毒咧廖布芤欢蔚墓ぜ氖軌鹤冃魏蜔嵘扉L量,避免工件的壓彎變形。
  采用雙刀車削細(xì)長軸改裝車床中溜板,增加后刀架,采用前后兩把車刀同時(shí)進(jìn)行車削.
  兩把車刀,徑向相對(duì),前車刀正裝,后車刀反裝。兩把車刀車削時(shí)產(chǎn)生的徑向切削力相互抵消。工件受力變形和振動(dòng)小,加工精度高,適用于批量生產(chǎn)。
  采用磁力切削法車削細(xì)長軸
  磁力切削法的原理與反向切削法原理基本相同。在車削過程中,細(xì)長軸由于受到磁力拉伸的作用,可以減少細(xì)長軸加工時(shí)的彎曲變形,提高細(xì)長軸加工精度。
  3) 合理地控制切削用量
  切削用量選擇的是否合理,對(duì)切削過程中產(chǎn)生的切削力的大小、切削熱的多少是不同的。因此對(duì)車削細(xì)長軸時(shí)引起的變形也是不同的。
  切削深度(t)
  在工藝系統(tǒng)剛度確定的前提下,隨著切削深度的增大,車削時(shí)產(chǎn)生的切削力、切削熱隨之增大,引起細(xì)長軸的受力、受熱變形也增大。因此在車削細(xì)長軸時(shí),應(yīng)盡量減少切削深度。
  進(jìn)給量(f)
  進(jìn)給量增大會(huì)使切削厚度增加,切削力增大。但切削力不是按正比增大,因此細(xì)長軸的受力變形系數(shù)有所下降.如果從提高切削效率的角度來看,增大進(jìn)給量比增大切削深度有利。
  隨著數(shù)控技術(shù)的不斷創(chuàng)新和突破,五軸加工被越來越多的行業(yè)所采用,如航空航天、電力、船舶、高精密儀器、模具制造等。然而,自動(dòng)編程軟件在五軸加工技術(shù)中起關(guān)鍵性作用,因?yàn)榈毒哕壽E的工藝排布、刀具夾頭與工件或與工裝夾具之間的干涉檢查、毛坯殘留量的識(shí)別,都由軟件自動(dòng)考慮,編程人員是無法通過計(jì)算來實(shí)現(xiàn)的,他們只是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行切削參數(shù)的優(yōu)化,來得到更合理更有效的加工軌跡。
  切削速度(v)
  提高切削速度有利于降低切削力。這是因?yàn),隨著切削速度的增大,切削溫度提高,刀具與工件之間的摩擦力減小,細(xì)長軸的受力變形減小。但切削速度過高容易使細(xì)長軸在離心力作用下出現(xiàn)彎曲,破壞切削過程的平穩(wěn)性,所以切削速度應(yīng)控制在一定范圍。對(duì)長徑比較大的工件,切削速度要適當(dāng)降低。
  4) 選擇合理的刀具角度
  為了減小車削細(xì)長軸產(chǎn)生的彎曲變形,要求車削時(shí)產(chǎn)生的切削力越小越好,而在刀具的幾何角度中,前角、主偏角和刃傾角對(duì)切削力的影響最大。
  前角(γ) 其大小直接著影響切削力、切削溫度和切削功率.增大前角,可以使被切削金屬層的塑性變形程度減小,切削力明顯減小。
  增大前角可以降低切削力,所以在細(xì)長軸車削中,在保證車刀有足夠強(qiáng)度前提下,盡量使刀具的前角增大,前角一般取γ=15°。
  主偏角(kr) 其大小影響著3個(gè)切削分力的大小和比例關(guān)系。隨著主偏角的增大,徑向切削力明顯減小,切向切削力在60°~90°時(shí)卻有所增大。在60°~75°范圍內(nèi),3個(gè)切削分力的比例關(guān)系比較合理。在車削細(xì)長軸時(shí),一般采用大于60°的主偏角。
  刃傾角(λs)傾角影響著車削過程中切屑的流向、刀尖的強(qiáng)度及3個(gè)切削分力的比例關(guān)系。隨著刃傾角的增大,徑向切削力明顯減小,但軸向切削力和切向切削力卻有所增大。刃傾角在-10°~+10°范圍內(nèi),3個(gè)切削分力的比例關(guān)系比較合理。在車削細(xì)長軸時(shí),常采用正刃傾角+3°~+10°,以使切屑流向待加工表面。
  3 結(jié)論
  細(xì)長軸的車削加工是機(jī)械加工中比較常見的一種加工方式。由于細(xì)長軸剛性差,車削時(shí)產(chǎn)生的受力、受熱變形較大,很難保證細(xì)長軸的加工質(zhì)量要求。通過采用合適的裝夾方式和先進(jìn)的加工方法,選擇合理的刀具角度和切削用量等措施,可以保證細(xì)長軸的加工質(zhì)量要求。

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