細長軸類零件的加工與技術改進

邵加發(fā)

(保山市高級技工學校，云南 保山 678000)

一、發(fā)現(xiàn)問題

2008年我在企業(yè)里上班，是一名質(zhì)管技術科員，一天在處理一批產(chǎn)品質(zhì)量問題時發(fā)現(xiàn)：該零件在加工完后發(fā)現(xiàn)都存在誤差現(xiàn)象，都沒有達到所要求的尺寸、形位公差。通過計算，此工件長徑比為60，此零件屬于細長軸。于是我就在不停思考：怎樣才能使零件加工符合要求呢？

二、分析問題

由于此零件的長徑比很大，剛性差，在車削時，受切削力、裝夾力、自身重力、切削熱、振動等因素的影響。容易出現(xiàn)以下問題：

①切削時產(chǎn)生的徑向切削力與裝夾徑向分力的合力。會使工件彎曲，工件旋轉(zhuǎn)時引起振動，從而影響加工精度和表面質(zhì)量。

②工件轉(zhuǎn)速高時，由于離心力的作用。加劇了工件的彎曲和振動。

③由于工件自重變形而加劇工件的振動(自振)，影響加工精度和表面質(zhì)量。

三、解決問題

3.1 合理選擇車刀幾何形狀

根據(jù)細長軸剛性差、易變形的特點，要求車削細長軸的車刀（圖1【3】須具有在車削時徑向力小、車刀鋒利和車出工件表面粗糙度值小的特點。

圖1 車削細長軸車刀

圖2 刀具前角對震動的影響

(2)前角r0:前角r0:對振動的影響如圖2，隨前角的增大，振動隨之下降，但在切削速度較高的范圍內(nèi)，前角對振動的影響將減弱。由于細長軸車削速度一般不會太高，故在粗加工中取r0=15°～20°，精車時取r0=20°～30°。

(3)后角α0:一般來說，后角對切削穩(wěn)定性無多大影響，但當后角減小到2°～3°時，振動明顯減弱，在生產(chǎn)中也發(fā)現(xiàn)，后刀面有一定程度的磨損后，會有顯著的減振作用。

(4)刀具圓弧半徑γs:γs增大徑向分量力隨之增大，為避免自振γs越小越好。但隨γs的減小，將使刀具壽命降低，同時也不利于表面粗糙度的改善。故加工時，刀尖圓弧r≤0.3mm。

（5）為排削順利，車刀應磨有R(1.5mm～3mm)的斷屑槽。

3.2 合理選擇切削參數(shù)

切削速度的選擇：由圖4可知，在高速或低速范圍進行切削，自振就不易產(chǎn)生。特別是在高速范圍內(nèi)進行切削，既可提高生產(chǎn)率，又可避免切削顫振，是值得采用的方法。

(2)進給量的選擇：如圖5振動強度隨進給量，的增大而減小，應選取大的進給量。

(3)切削深度αρ的選擇：切削深度對切削穩(wěn)定性的影響如圖6可知隨著αρ增大，振動不斷加大。當f增大時，極限切斷深度也隨之加大。所以，為加大極限切削深度αρ必須增加進給量f。

圖3 偏角對震動的影響

圖4 V對切削穩(wěn)定性的影響

圖5 f對切削穩(wěn)定性的影響

圖6 αρ對切削穩(wěn)定性的影響

圖7 彈性活頂尖

圖8 改制頂尖1-頂尖 2-深溝球軸承 3-彈簧 4-推力球軸承 5-滾針軸承（左側(cè)芯軸為頂尖右側(cè)是拉緊螺桿）

(4)應盡量避免寬而薄的切屑，否則極易顫振。

綜上所屬：車細長軸時，應分為粗車和精車，若選用材料為YT15、形狀為圖2所示的車刀，粗車時切削用量應選αρ=1.5mm-2mm、f=0.3mm/r-0.4mm/r、v=50m/min-60 m/min比較合適；精車時αρ=0.5mm-1mm、f=0.08mm/r-0.12mm/r、v=60m/min-100m/min比較合適。

3.3 變形量計算

使用冷卻液充分冷卻在零件加工時，由于切削熱引起零件變形。變形量公式為：△L= L·a·△t為工件總長

式中：△L為工件伸長量，mm；L，mm；a為材料線

膨脹系數(shù)，1um／℃ ；△t為工件升高溫度，℃。

由變形量公式可知，熱變形量與溫升成正比，因此。必須有效控制零件溫升。采用冷卻液對加工工件進行充分冷卻、潤滑，吸收切削產(chǎn)生的熱量，改善刀具與工件的摩擦情況，降低切削熱、減小熱變形和刀具磨損，從而提高加工精度。

3.4 傳統(tǒng)細長軸的加工描述

細長軸傳統(tǒng)的加工方法——兩頂 (即一夾一頂)，一般都利用過定位原理，使用跟刀架或中心架作為輔助支撐來增加工件的剛性。這一加工方法，對要求不高的細長軸沒有問題，但對于精度要求高或長徑比很大的超細長軸就很難加工出合格產(chǎn)品。由于頂尖的頂力作用，使軸在加工中受到的徑向彎曲力加大，從而使軸的彎曲變形加大，加工精度降低。再加之切削熱及跟力架與中心架的摩擦熱使工件產(chǎn)生熱膨脹，工件脹長增大了軸的彎曲度，另外跟力架與中心架的腳爪中心線可能與軸中心線不完全同心。因此，一夾一頂?shù)膫鹘y(tǒng)方法，加工超細長軸，即使使用中心架、跟刀架來增加零件的剛度，也不能很好的消除彎曲變形，加工精度也低。

3.5 車削細長軸類零件技術改進

細長軸一夾一拉加工法針對傳統(tǒng)裝夾方法的缺陷，采用一夾一拉【4】的裝夾方法來解決這一問題，裝夾時需要在夾緊處墊一開口鋼絲圈，使工件與卡爪之間的夾持變?yōu)榫€接觸，起到類似萬向節(jié)的作用(使工件在裝夾過程中不產(chǎn)生過定位)，工件的另一端由經(jīng)彈性活頂尖（圖7）按軸徑改制成的頂尖(圖8所示)拉緊，其拉緊力越大加工效果就越好。

根據(jù)前面的分析可知，一夾一拉加工方法，由于兩端拉力，使軸在加工中受的徑向彎曲力減小，從而使軸的彎曲變形減?。辉偌忧邢鳠峒澳Σ翢崾鞘构ぜ軣崤蛎浽鲩L，兩拉作用力能很好地防止工件脹長頂死而彎曲變形，因此，兩拉加工方法與傳統(tǒng)加工方法相比，能有效提高工件的加工精度。

細長軸的兩拉車削工藝細長軸一般采用先按改制后的頂尖內(nèi)螺紋孔配車拉螺紋。以便在車削過程中莊家方便。

結(jié)語

一直以來我都在不停地思索?？戳讼嚓P書籍和資料后結(jié)合專業(yè)知識寫下了這篇論文。希望能夠?qū)庸ぜ氶L軸的企業(yè)有所幫助。

[1]曾慶福.機械制造工藝學[M].北京:機械工業(yè)出版社，1990.

[2]韓步愈.金屬切削原理與刀具[M].北京:機械工業(yè)出版社，1995.

[3]蔣增福.車工工藝與技能訓練[M].北京：高等教育出版社，2004.

[4]趙建中.細長軸類零件的加工方法 [J].四川.機械研究與應用，2007.