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摘 要:细长轴车削是技校学生必须掌握的课题,但是由于细长轴工件刚性低,车削时受力、受热变形较大,难以保证加工精度。所以车削时,就必须采用合理的装夹方法、刀具几何参数、车削方法,以及配合车床附加的使用来解决工件热变形伸长及刚性差等问题,以便让学生掌握保证细长轴加工加工质量的方法。
关键词:细长轴; 热变形伸长; 切削力; 中心架; 跟刀架
中图分类号:TG51 文献标识码:A 文章编号:1006-3315(2010)6-156-001
细长轴的车削加工方法,是技校学生必须掌握的课题内容。在机械加工中,工件的长度L与直径之比大于25的轴类工件是细长轴。细长轴车削时,在切削力、重力和顶尖顶紧力的作用下,很容易弯曲、振动、锥度、腰鼓等缺陷,因此,车削细长轴时必须改善细长轴的受力问题。
一、车削细长轴产生弯曲变形的因素分析
在车床上车削细长轴采用的装夹方式主要有两种:一种方式是:一夹一顶安装;另一种方式是:两顶尖安装。这里主要分析一夹一顶的装夹方式。
1.切削热导致的工件热变形伸长
在车削时,产生的切削热传导给工件,并且卡盘和尾架顶尖都是固定不动的,这样细长轴受热后的轴向伸长量受到限制,导致细长轴受到轴向挤压而产生弯曲变形。
2.切削力导致变形
在车削过程中,产生的切削力可以分解为轴向切削力、径向切削力及切向切削力。不同的切削力对车削细长轴时产生弯曲变形的影响是不同的。
⑴径向切削力的影响
径向切削力垂直作用在通过细长轴轴线水平平面内,由于细长轴的刚性较差,径向力将会把细长轴顶弯,使其在水平面内发生弯曲变形。
⑵轴向切削力的影响
轴向切削力是平行作用在细长轴轴线方向上的,它对工件形成一个弯矩。由于细长轴的刚性、稳定性较差,当轴向切削力超过一定数值时,就会把细长轴压弯而发生纵向弯曲变形。
二、提高细长轴加工精度的方法
在细长轴加工过程中,为提高加工精度,应根据不同的条件,采取不同的措施。
1.选择合适的装夹方法
采用一夹一顶的装夹方式时,配合使用弹性顶尖。因为在此装夹方式中,如果顶尖顶得太紧,可能将细长轴顶弯,并且还阻碍车削时细长轴的受热伸长。因此采用一夹一顶装夹方式时,顶尖采用弹性活顶尖,当工件热变形伸长时,工件推动顶尖通过轴承使弹性顶尖内的弹簧压缩变形,可有效地补偿工件的热变形伸长,这样工件不易弯曲。
采用两顶尖装夹,虽然工件定位准确,容易保证同轴度,但是此方法装夹的细长轴,刚性较差,很容易产生振动。因此只适用于长径比不大、加工余量较小、同轴度要求较高的工件。
2.采用车床附件,增强细长轴的刚性,保证同轴,减少受力变形
细长轴车削时,可采用中心架,使用时,必须使中心架与工件表面接触的三个支撑爪所决定圆的圆心与车床的回转中心重合。车削时,采用一夹一顶或两顶尖装夹同时配合中心架使用,中心架安装在工件的中间部位并固定在床身上,这样增强了细长轴的刚性,保证了同轴。
另外,细长轴车削时,可采用跟刀架。车削时若用两爪跟刀架支撑工件,则工件会因重力作用而瞬时离开支撑爪,产生振动,所以应采用三爪跟刀架,工件支撑在爪和刀尖之中,上下、左右均不能移动,车削稳定、不易产生振动。
3.采用反向切削法车削细长轴
反向切削法是指在细长轴的车削过程中,车刀由主轴卡盘向尾架方向进给。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。
4.合理地控制切削用量
车削细长轴时,由于工件刚性低,所以切削用量选择的是否合理,对切削过程中产生的切削力的大小、切削热的多少影响很大。
切削深度——在车削细长轴时,应尽量减少切削深度。
切削速度——对长径比较大的工件,切削速度要适当降低,切削速度应控制在一定范围。
5.合理的刀具角度
为了減小车削时产生的切削力,从而减小车削细长轴产生的弯曲变形,在刀具的几何参数中,主要考虑以下几点:
主偏角(kr)——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,应尽量增大刀具主偏角,减小背向力,主偏角一般选择80°～93°。
前面应刃磨R1.5～3mmDE 圆弧形断屑槽,使切屑弯曲易断。
前角(γ) ——增大前角,使刀具锋利、切削轻快,使被切削金属层的塑性变形程度减小,切削力明显减小。所以在细长轴车削中,在保证车刀有足够强度前提下,尽量使刀具的前角增大,前角一般取γ=15°～30°。
刃倾角(λs)——倾角影响着车削过程中切屑的流向,在车削细长轴时,常采用正刃倾角 3°～ 10°,以使切屑流向待加工表面,这样车刀也很容易切入工件。
三、结论
虽然车削细长轴时,轴的刚性差,且车削时产生的受力、受热变形较大,很难保证细长轴的加工质量要求。只要掌握中心架、跟刀架的使用,解决工件热变形伸长及合理选择车刀的几何参数等关键技术,在教学中学生就很容易掌握保证细长轴加工加工质量的方法,达到精度质量等要求。
参考文献:
[1]彭德荫主编.《车工工艺与技能训练》 中国劳动社会保障出版社
[2]杨授时主编.《中级车工技术》 机械工业出版社
[3]王公安主编.《车工工艺学》(第四版) 中国劳动社会保障出版社
[4]陆建刚主编.《轴类零件的车削》中国劳动社会保障出版社 [5]谢正 ,李洞旭主编.《车工技术问答》山东科学技术出版社
关键词:细长轴; 热变形伸长; 切削力; 中心架; 跟刀架
中图分类号:TG51 文献标识码:A 文章编号:1006-3315(2010)6-156-001
细长轴的车削加工方法,是技校学生必须掌握的课题内容。在机械加工中,工件的长度L与直径之比大于25的轴类工件是细长轴。细长轴车削时,在切削力、重力和顶尖顶紧力的作用下,很容易弯曲、振动、锥度、腰鼓等缺陷,因此,车削细长轴时必须改善细长轴的受力问题。
一、车削细长轴产生弯曲变形的因素分析
在车床上车削细长轴采用的装夹方式主要有两种:一种方式是:一夹一顶安装;另一种方式是:两顶尖安装。这里主要分析一夹一顶的装夹方式。
1.切削热导致的工件热变形伸长
在车削时,产生的切削热传导给工件,并且卡盘和尾架顶尖都是固定不动的,这样细长轴受热后的轴向伸长量受到限制,导致细长轴受到轴向挤压而产生弯曲变形。
2.切削力导致变形
在车削过程中,产生的切削力可以分解为轴向切削力、径向切削力及切向切削力。不同的切削力对车削细长轴时产生弯曲变形的影响是不同的。
⑴径向切削力的影响
径向切削力垂直作用在通过细长轴轴线水平平面内,由于细长轴的刚性较差,径向力将会把细长轴顶弯,使其在水平面内发生弯曲变形。
⑵轴向切削力的影响
轴向切削力是平行作用在细长轴轴线方向上的,它对工件形成一个弯矩。由于细长轴的刚性、稳定性较差,当轴向切削力超过一定数值时,就会把细长轴压弯而发生纵向弯曲变形。
二、提高细长轴加工精度的方法
在细长轴加工过程中,为提高加工精度,应根据不同的条件,采取不同的措施。
1.选择合适的装夹方法
采用一夹一顶的装夹方式时,配合使用弹性顶尖。因为在此装夹方式中,如果顶尖顶得太紧,可能将细长轴顶弯,并且还阻碍车削时细长轴的受热伸长。因此采用一夹一顶装夹方式时,顶尖采用弹性活顶尖,当工件热变形伸长时,工件推动顶尖通过轴承使弹性顶尖内的弹簧压缩变形,可有效地补偿工件的热变形伸长,这样工件不易弯曲。
采用两顶尖装夹,虽然工件定位准确,容易保证同轴度,但是此方法装夹的细长轴,刚性较差,很容易产生振动。因此只适用于长径比不大、加工余量较小、同轴度要求较高的工件。
2.采用车床附件,增强细长轴的刚性,保证同轴,减少受力变形
细长轴车削时,可采用中心架,使用时,必须使中心架与工件表面接触的三个支撑爪所决定圆的圆心与车床的回转中心重合。车削时,采用一夹一顶或两顶尖装夹同时配合中心架使用,中心架安装在工件的中间部位并固定在床身上,这样增强了细长轴的刚性,保证了同轴。
另外,细长轴车削时,可采用跟刀架。车削时若用两爪跟刀架支撑工件,则工件会因重力作用而瞬时离开支撑爪,产生振动,所以应采用三爪跟刀架,工件支撑在爪和刀尖之中,上下、左右均不能移动,车削稳定、不易产生振动。
3.采用反向切削法车削细长轴
反向切削法是指在细长轴的车削过程中,车刀由主轴卡盘向尾架方向进给。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。
4.合理地控制切削用量
车削细长轴时,由于工件刚性低,所以切削用量选择的是否合理,对切削过程中产生的切削力的大小、切削热的多少影响很大。
切削深度——在车削细长轴时,应尽量减少切削深度。
切削速度——对长径比较大的工件,切削速度要适当降低,切削速度应控制在一定范围。
5.合理的刀具角度
为了減小车削时产生的切削力,从而减小车削细长轴产生的弯曲变形,在刀具的几何参数中,主要考虑以下几点:
主偏角(kr)——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,应尽量增大刀具主偏角,减小背向力,主偏角一般选择80°～93°。
前面应刃磨R1.5～3mmDE 圆弧形断屑槽,使切屑弯曲易断。
前角(γ) ——增大前角,使刀具锋利、切削轻快,使被切削金属层的塑性变形程度减小,切削力明显减小。所以在细长轴车削中,在保证车刀有足够强度前提下,尽量使刀具的前角增大,前角一般取γ=15°～30°。
刃倾角(λs)——倾角影响着车削过程中切屑的流向,在车削细长轴时,常采用正刃倾角 3°～ 10°,以使切屑流向待加工表面,这样车刀也很容易切入工件。
三、结论
虽然车削细长轴时,轴的刚性差,且车削时产生的受力、受热变形较大,很难保证细长轴的加工质量要求。只要掌握中心架、跟刀架的使用,解决工件热变形伸长及合理选择车刀的几何参数等关键技术,在教学中学生就很容易掌握保证细长轴加工加工质量的方法,达到精度质量等要求。
参考文献:
[1]彭德荫主编.《车工工艺与技能训练》 中国劳动社会保障出版社
[2]杨授时主编.《中级车工技术》 机械工业出版社
[3]王公安主编.《车工工艺学》(第四版) 中国劳动社会保障出版社
[4]陆建刚主编.《轴类零件的车削》中国劳动社会保障出版社 [5]谢正 ,李洞旭主编.《车工技术问答》山东科学技术出版社