淺談細長軸車削的實習教學

孫樹通

細長軸剛性差,對振動、切削力和切削溫度十分敏感,是軸類件中較難加工的零件,而振動是直接影響細長軸加工質量和切削效率的主要因素。但是,細長軸加工是中級車工必修的訓練課題之一。那么如何做好該課題的教學,幫助學生提高訓練效率呢?

一、幫助學生分析工件產生振動的原因

引起工件振動的原因主要包括:工件旋轉時產生的離心力;車刀的幾何角度選擇不當會增加切削力,在相同的切削條件下,切削力大,振動就大;加工方法不合理;在一定的切削速度范圍內,振動隨著切削速度的增加而逐漸增大。

二、指導學生找出提高加工質量的方法

1.使用輔具

正確使用輔具,注意具體操作方法,要有嚴格的工藝要求和有效的措施,可以提高工件的剛性,減少振動和變形,獲得必要的幾何精度和表面粗糙度。

車削時,工件往往因離心力的作用瞬時產生振動。因此,常采用三爪跟刀架,用三個卡爪和車刀抵住工件,使其在車削時上下前后都不能徑向跳動。

切削中跟刀架三支承爪與車刀組成兩對徑向壓力,平衡切削時產生的徑向力。工件只能繞軸線旋轉,能平穩地切削加工。要達到以上的效果,須做好兩方面的工作。

(1)跟刀架支承爪的修正。為了使跟刀架三支承爪與工件表面充分接觸,需對跟刀架三支承爪進行工藝修正。修正時應在本車床上進行。先將跟刀架固定在床鞍上,并在卡盤上裝夾一支銑刀(銑刀直徑大于細長軸工件直徑),調整好跟刀架支承爪,起動主軸慢速進給,將跟刀架三支承爪的支承面進行研配,獲得精度較高的表面粗糙度。

(2)跟刀架三支承爪與工件接觸的調整。跟刀架三支承爪與工件的接觸應恰到好處。過松易使工件跳動,造成切削時讓刀;過緊則支承爪對工件壓力過大,把工件推向車刀一邊,隨著進給遠離頂尖(卡盤),易使車刀切削深度隨工件剛性減弱而增大,使工件直徑減小,當跟刀架移動至工件直徑減小的外圓上時,工件又會讓開車刀,使切削深度減小,結果工件直徑又會增大、這樣多次循環,工件就形成了竹節形,成了廢品。

跟刀架支承爪與工件的接觸調整之前,工件一夾一頂,在卡盤外車出一個長20mm縮頸部位(縮頸直徑 (平排),D為工件毛坯直徑)和一個支撐處外圓(一般比支承爪長15mm左右)。然后調整好三個支承爪與工件支撐處外圓接觸(調整順序為后支承爪→下支承爪→上支承爪),支承爪弧面與工件的配合間隙控制在0.02～0.03mm,保證支承爪對工件的作用力在其半徑的方向,調整好后開始對整軸粗加工,這時跟刀架在后,車刀在前,精車時,跟刀架在前,車刀在后。

2.提高車刀刃磨技術,合理選擇車刀的幾何角度

合理地選擇刃磨車刀幾何角度,可保證加工質量,提高生產效率,是學生必須掌握的關鍵技術。

刀具幾何角度,特別是主偏角,對細長軸切削加工的生產率,刀具的耐用度,被加工表面的粗糙度,切削力度以及加工硬化等都有很大的影響。主偏角的大小直接影響切削力中軸向力和徑向力的分配比例。當主偏角的選取小值時,徑向分力增大。細長軸剛性差,為減少彎曲,要求徑向切削力越小越好,因此,在不影響刀具強度情況下,應盡量增大車刀主偏角。

前角對切削過程中的振動和車刀的強度影響極大,增大前角,則刀刃鋒利,可以降低切削力和切削熱,應選擇前角最佳數值。在前刀面磨出圓弧型卷屑槽,有利于斷屑。為了提高刀具耐用度還要磨出負倒棱。

A、粗車刀(YT15):前角取13°;后角取雙重后角2°～3°、6°～ 8°;主偏角為90°;副偏角為15°;刀尖處磨有圓弧過渡刃,增加刀尖強度,改善散條件。

B、精車刀(YT15):主偏角為了減少徑向切削分力取93°;主后角取6°;前角取10°;副后角取6°;副偏角為10°。

3.選擇正確的裝夾和車削方法

針對細長軸的結構特點,選擇正確的裝夾和車削方法,才能提高生產效率和保證加工質量。

細長軸的裝夾一端用卡盤支夾,另一端用頂尖支承。不宜夾得過長,一般在15mm左右,并用￠(希臘字母)5mm長約25mm的圓柱銷墊在卡盤的凹槽中,以點接觸,避免卡爪裝夾時接觸面過長造成應力變形。在靠近卡盤一端的工件上車出一個縮頸部分,因工件直徑車小后,柔性增加,具有自位作用,消除坯料本身的彎曲而在卡盤強制支夾的作用下軸心線隨之歪斜的影響。

車削時,走刀一般是從車床的尾座向卡盤端進行車削,但加工細長軸時,宜采用反向走刀。正向走刀時,細長軸處于受壓狀態,會發生側彎變形,降低加工質量及粗糙度;反向走刀時,軸內部產生較大的拉應力,不會徑向變形,只會在軸向直線應變,不會影響細長軸的直線度,振動明顯減少,加工質量和精度明顯提高。

4.預防切削過程中的熱變形伸長

細長軸熱擴散性能差,車削時會產生相當大的線膨脹而彎曲變形,因此,要預防細長軸在切削過程中的熱變形伸長的不利影響。

加工細長軸時,要隨軸向力的大小調整尾座頂尖的松緊,因為頂尖的頂力過大或過小都能引起工件的跳動。加工時,因工件的熱變形和物理機械性能不同,其伸縮率也是變化的,因此在車削前就需要調整。檢驗頂力大小的方法是將兩手指(食指和拇指)輕輕放在活頂尖上,若能使頂尖停止旋轉,則頂力大小合適。也可采用彈性活頂針軸向伸縮并加注充分的切削液,避免工件彎曲變形。

綜上所述,加工細長軸時,應引導學生進行工藝分析,查找振動原因。合理應用跟力架,培養學生實際操作能力,從切削力側重刀具幾何角度的刃磨,以合理的加工步驟引導學生掌握加工方法,提高學生分析問題和解決問題的能力。從而保證細長軸加工質量達到技術要求。

(作者單位:廣東省工商技工學校)