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中細長軸類工件的車削加工

2019-2-23 14:34:35      點擊:

摘要:細長軸及細長軸螺紋加工是機械加工中常見的較難車削的工件,由于細長軸剛性差,車削時産生的受力、受熱變形大,難保證加工廇量。通過采用合理的工裝、選擇合理的切削用量以及較好的刀具角度,則可确保細長軸和細長軸蟬紋加工的質量及其精度。

  在機械加工中,許多零件的長度與直徑之比大于20--25(l/D>20--25),如光杆、絲杆、材料力學試驗台(本中心的主推産品)中的吊杆(見圖1)等,這類零件統稱為細長軸。細長軸零件剛性差、抗彎能力弱,在車削過程中因受到切削力、重力及切削熱等因素的影響而易發生彎曲變形,使零件形成錐度、腰鼓形、水波紋及竹節紋等狀況,不僅導緻加工表面質量嚴重惡化,還縮短了和刀具壽命。

  1.細長軸車削時産生變形的原因分析

  在加工中,車削細長軸彎曲變形原因主要有:

  (1)切削力導緻變形。在車削過程中産生的切削力可分解為:軸向切削力廠、徑向切削力Fp和主切削力Fzc。不同的切削力對細長軸産生的彎曲變形影響是不一樣的。

  軸向切削力F,.的影響。軸向切削力是平行作用在細長軸軸線方向的力,當軸向切削力超過一定數值時,就會把細長軸壓彎,從而使工件發生縱向彎曲變形(一般短軸類加工可忽略,它對工件彎曲變形的影響不是十分大)。

  徑向切削力FP的影響(見圖2)。徑向切削力是垂直作用在通過細長軸軸線水平平面内的,由于細長軸的剛性差,徑向力将會把細長軸頂彎,使其在水平面内發生彎曲變形。

  (2)切削熱産生的影響。車削時,由于切削熱的影響,工件随溫度升高而逐漸伸長變形,這種現象叫熱變形。

  工件長度熱伸長量公式為:

                                      

                                            

  通過上式可看出,工件吊杆在加工時會伸長0.267mm。而在車削時,卡盤和尾架頂尖是固定的,這樣兩者之間的距離也是不變的,由于細長軸受熱後伸長量受到限制,從而導緻細長軸受到擠壓産生彎曲變形。因此,提高細長軸的加工精度,要解決工藝系統的受力和受熱變形。

  2、解決細長軸車削過程中變形的工藝方法

  單位的教學産品材料力學多功能試驗台中有一根吊杆長760mm、直接14mm(見圖3),是一個比較典型的細長軸零件。在最初的加工過程中由于加工工藝的不合理,車出的工件很難達到圖樣的要求,使零件産生錐度、水波紋及竹節紋等(見圖4)缺陷。通過改進裝夾方式、調整切削用量、改變切削方式等加工工藝的變化,最終加工出合格零件。

  (1)采用一夾一頂方式。如果用普通頂尖,受切削熱影響,工件肯定受到軸向擠壓面産生彎曲變形,所以頂尖采用彈性活頂尖(見圖5)使長軸受熱後可以自由伸長,提高加工精度。同時在卡盤卡爪與細長軸之間墊入一個約3--5mm的開口鋼圈,減小卡爪與細長軸的軸向接觸長度,消除裝夾時的過定位,從而減小彎曲變形(見圖6)。

  采用滾珠接觸的跟刀架。生産中用跟刀架輔助支撐,以增加工件剛性和穩定性。普通跟刀架兩爪支承,但由于工件本事的向下重力和工件校直不理想,車削時瞬時離開支承爪,接觸支承爪時就産生振動,易形成水波紋。最終選擇用滾珠接觸的三爪跟刀架,使工件上下左右移動受限制,隻能繞軸線旋轉,減小車削振動和工件變形,而且滾珠接觸的跟刀架将滑動摩擦變為滾動摩擦,可減小摩擦阻力。

  使用跟刀架時注意:

  1、主軸轉速不能過高,給支撐爪上潤滑油,防止過度磨損。

  2、各爪支撐力要調整合理,過松不能支撐,過緊影響工件形狀精度,容易出現竹節形兒影響加工質量。

  采用一夾一頂方式,方法簡潔,不需過多的輔助工具和其他輔助加工。

  (2)采用反向切削法車削細長軸。切削時由卡盤向尾架方向進給,稱為反向切削法(見圖7)。這時在加工中産生的軸向切削力使細長軸承受拉力,消除軸向切削力引起的變形。

  反向切削法在加工時,需預先加工出一段過渡軸,但不能保證其與加工軸同軸,所以決定不采用。

  (3)采用雙刀車削。雙刀車削(見圖8)是采用前後兩把車刀同時進行車削。兩把車刀徑向相對,前刀正裝,後刀反裝。車削時兩把刀産生的徑向切削力相互抵消,因此工件受力變形、振動都很小,加工的精度好。但需要改裝車床中滑闆,增加後置刀架,所以成本變高,隻适用于專業大批量生産。

  (4)合理選擇切削用量。

         切削速度(v)的選擇。圖9所示為削速度(v)的選擇。圖9所示為關系曲線。

  從圖9中可看出,車削時v—般在30~70m/min的速度範圍内,容易産生振動,此時相應的振幅值較大;高于或低于這個範圍,振動呈現減弱趨勢。所以當加工直徑<15mm時,取v<30m/min;當加工直徑>15mm時,取v>70m/min。

  進給暈/的選擇。在機床功率剛性許4情況下選大進給量。根據經驗,粗車時取戶0.15mm/r,半精車時/=0.1mm/r,精車戶0.06mm/r。

  背吃刀量 (切削深度)的選擇。随着切削深度的增大,車削時産生的切削力、切削熱随之增大, 起細長軸的受力、受熱變形也增大,因此在細長軸加工時,應盡量減少切削深度。根據經驗,粗車時ap=1mm,半精車ap=0.5mm,精車時ap=0.25mm。

  5)合理選擇刀具角度。

       刀具幾何角度中前角、主偏角和刃傾角對切削力的影響最大。

  前角ro。前角大小直接影響切削力、切削溫度。增大前角可使被切削金屬層的切削變形減小,通過試驗可知,當前角ro增加10°,徑向分力Fp可減小30%。實際加工前角一般取ro=15~30°,車刀前刀面磨斷屑槽,寬2~4mm,使得出屑流暢,卷屑性能好。

  主偏角Kr。主偏角增大,徑向切削力減小,主偏角Kr= 75°~°(裝刀時裝成85°~88°),

  刃傾角。影響車削過程中切削流向,刃傾角增大,徑向切削力減小,一般在-10°~ +10°範圍内。細長軸加工時,采用+3°~+10°,使切削流向待加工表面,從而保護已加工面。

  (6)細長軸螺紋的加工。

       細長軸螺紋(M12以下)在機床上難以加工,通常采取的方式是用直接套出來(見圖10)。

  加工時用普通闆牙裝置套螺紋,發現容易産生半邊切削,造成牙尖損壞、質量差、效率低和廢品率高的現象。現改裝普通闆牙套如圖10所示,以彌補存在的不足,提高細長軸螺紋的加工精度。

  超長螺杆套絲夾具包括工裝超長螺杆套絲夾具包括工裝前面有保證超長螺杆加工精度的圓孔(圓孔主要起導向作用)和用來聯接圓孔的保持架,後面有固定闆牙圓套,圓套上有兩個螺紋孔(一個用來聯接支撐杆,另一個用來旋轉緊固螺釘,使闆牙固定在圓套上)。在加工超長螺杆時,将棒料一端夾緊,另一端放在定位圓孔内(棒料直徑比圓孔直徑小0.05——0.15mm),棒料旋轉,超長螺杆套絲夾具向前走,棒料經過超長螺杆套絲夾具内闆牙的加工,可加工出高精度的超長螺杆。

  (7)材力架吊杆的車削方法。

      通過上述試驗分析,決定采用以下方法解決生産中出現的問題。

  首先對機床進行了兩方面的調整:①車床主軸的調整,車床主軸過松,很容易造成在車削過适當調緊,從而防止機床跳動和竄動對零件加工的不利影響。②尾座的調整,如果尾座的中心線和主軸的中心線不在一條水平線上,産生同軸度誤差,車出的工件一定會出現錐度。

  其次對零件的加工工藝進行分析,确定了加工工藝(見附表)。

  經過上述辦法可解決吊杆生産中出現的問題,使産品合格(見圖11)。

  加工工藝

  3.結語

  通過對車削加工中影響細長 軸加工質量因素進行分析,将剛性差、抗彎能力弱及受熱彎曲變形等問題,用調整機床的精度、改善裝卡方式、正确刃磨刀具角度和選擇合理切削用量等方法加以解決,從而有效地提高細長軸的加工質量,确保其加工精度。