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细长轴车削的关键技术

浏览:4349 发布时间:2014-11-14

前言

 

    细长轴的外形并不复杂,但由于其本身的刚度低,车削时又受切削力、重力、切削热等因素的影响,容易产生弯曲变形以及振动、锥度、腰鼓形、竹节形等缺陷,但只要抓住中心架和跟刀架的使用、解决工件热变形伸长以及合理选择车刀的几何参数三个关键技术,问题就迎刃而解。

 

一 细长轴的结构、工艺特点分析

1.定义

    一般把长度与直径之比大于20的轴类零件,称为细长轴。

2.结构及工艺特点

    刚性差

    细长轴车削过程中在切削力、自身重力和离心力的作用下,极易产生弯曲和振动,影响工件的加工精度和表面粗糙度。为提高工件刚性,加工中常采用中心架或跟刀架;为减小加工时的振动,车削时一般采用较低的转速。

    易产生热变形

    车削细长轴时,工件常用两顶尖或一端用卡盘一端用顶尖装夹。由于每次走刀时间较长,大部分切削热传入工件,导致工件热伸长而产生弯曲变形。其热变形伸长量可按下式计算:

DL=aLLDt

式中:DL—— 工件热变形伸长量(mm);

      aL——材料的线膨胀系数(1/℃)

 

    如车削直径为Ø25mm,长度为1200mm的细长轴,材料为45钢,车削时因受切削热的影响,使工件由原来的21℃上升到61℃。查得aL=11.59×10-6/℃,由上面公式可知这根细长轴的热变形伸长量为:

DL=aLLDt=11.59×10-6×1200×40≈0.556mm

可看出细长轴热变形伸长量是很大的,必须采取措施减少工件的热变形。

    易产生加工误差

    车削细长轴时,由于中心架、跟刀架的使用,带来了机床、刀具、辅助工夹具、工件之间的配合、调整困难,也增大了系统共振的因素,易造成工件竹节形、棱圆形误差,影响加工精度。

 

二 提高细长轴刚度的措施

1.中心架支撑车削细长轴

    当细长轴可以分段车削时,中心架的架体通过压板支撑在工件中间,如图1所示。这时,L/d的值减少了一半,车削时工件的刚度可增加许多倍。在工件装上中心架之前,必须在毛坯中部车出一段支撑中心架支撑爪的沟槽。

    调整中心架时,必须先通过调整螺钉调整好下面两个支撑爪,再用紧定螺钉紧固,然后把上盖盖好固定,最后调整上面的一个支撑爪,并用紧定螺钉紧固。

2.过渡套筒支撑车削细长轴

    使用过渡套筒支撑车削细长轴,如图2所示,其中心架与过渡套筒的外表面接触。过渡套筒的两端各装有3个调整螺钉,用这些螺钉夹住毛坯工件,并调整套筒外圆的轴线与车床主轴轴线重合,即可车削。

3.跟刀架支撑车削细长轴

    使用跟刀架支撑车细长轴时,跟刀架固定在床鞍上,跟在车刀的后面,随车刀的进给移动,抵消背向力,并可以增加工件的刚度,减少变形,从而提高细长轴的形状精度并减少表面粗糙度。

    实际使用时,工件本身有一个向下的重力以及工件不可避免的弯曲,车削时工件往往因离心力的作用瞬时离开支撑爪,又瞬时接触支撑爪而产生振动。所以采用3个支撑爪的跟刀架支撑工件,一面由车刀抵住,使工件上下、左右都不能移动,车削时非常稳定,不易产生振动。

 

三 减少细长轴热变形的措施

1.使用弹性回转顶尖

    弹性回转顶尖的结构如图4所示。顶尖用圆柱滚子轴承、滚针轴承承受背向力,推力球轴承承受进给力。在短圆柱滚子轴承和推力球轴承之间,放置若干片碟形弹簧。当工件热变形伸长时,工件推动顶尖通过圆柱滚子轴承,使碟形弹簧压缩变形。生产实践证明,用弹性回转顶尖加工细长轴,可有效地补偿工件的热变形伸长,工件不易弯曲,车削可顺利进行。

2.浮动夹紧和反向进给车削

    细长轴采用一夹一顶装夹方式,其卡爪夹持的部分不宜过长,一般为15mm左右,最好用Ø3mm×200mm的钢丝垫在卡爪的凹槽中。这样细长轴左端的夹持就形成线接触的浮动状态,使细长轴在卡盘内能自由调节,切削过程中热变形伸长的细长轴,不会因卡盘夹死而产生弯曲变形。采用反向进给时,进给力Ff拉直工件已切削部分,并推进工件待切削部分由右端的弹性回转顶尖支撑并补偿,细长轴不易产生弯曲变形。

3.加注充分的切削液

    车削细长轴时,无论是低速切削,还是高速切削,加注充分的切削液能有效地降低切削区域的温度,从而减小工件的热变形伸长,延长车刀的使用寿命。

4.保持刀具锋利

    要求刀面粗糙度Ra≤0.4µm,并保持切削刃锋利,以减少车刀与工件之间的摩擦发热。

 

四 合理选择车刀几何参数

1.主偏角的选择

    车刀的主偏角是影响背向力的主要因素,在不影响刀具强度的前提下,应尽量增大车刀主偏角,以减少背向力,从而减少细长轴的弯曲变形。一般细长轴车刀的主偏角选80°~93°。

2.前角的选择

    为了减少切削力和切削热,应选择较大的前角,以使刀具锋利,切削轻快,一般取15°~30°。

3.刃倾角的选择

    选择正值刃倾角,通常取+3°~+10°,使切屑流向待加工表面。此外,车刀也容易切入工件。

4.其它几何参数的选择

    前面应磨有R1.5~3mm的圆弧形断屑槽,使切屑顺利卷曲折断。为了减少背向力,应选择较小的刀尖圆弧半径(re<0.3mm)。倒棱的宽度也应选得较小,一般选取倒棱宽度br1=0.5f。

 

五 结论

    经过以上对细长轴车削中关键技术的分析讨论,可得出以下几点结论:

1.由于细长轴刚性差、易产生热变形和刚性误差,所以使用中心架支撑在工件中间,工件的刚性可提高好几倍。中心架装上后,应逐个调整中心架的三个支撑爪,使三个支撑爪对工件支撑的松紧程度适当,并经常加润滑油,以减少磨损。

2.对不允许有接刀痕迹的细长轴,可采用跟刀架车削。跟刀架调整时,应先调整后支撑爪,再调整下支撑爪和上支撑爪,使其轻轻接触工件。

3.对于细长轴车削,由于工件的特点,会产生较大的热变形量,可以通过使用弹性回转顶尖、浮动夹紧和反向进给车削等措施来减少其影响。

4.合理选择车刀几何参数,减少切削力和切削热。

 

 

摘自:《切削技术》

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