超细长轴车削工艺
对于长度与直径之比(长径比)大于80的细长轴，在切削过程中由于其刚性差而极易产生弯曲和振动，难以获得良好的加工精度和表面粗糙度。且热扩散差，线膨胀大，当工件两端顶紧时受热变形影响易产生弯曲，因此，长径比大于80的细长轴是轴类零件中较难加工的零件。在实际生产中，可通过采用三支承跟刀架、弹簧顶尖、改进刀具的几何角度或采用宽刃精车刀、选择热硬性好及高耐磨的刀具材料、增设合理的辅助工具等方法达到满意的加工效果。
1细长轴加工前的准备工作
加工前应先调整机床，校直工件。
机床调整
主轴中心和尾座顶尖中心连线与导轨全长平行;主轴中心与尾座顶尖中心的同轴度公差小于0.02;大、中、小拖板的间隙合适(过松会扎刀)。
棒料校直
采用热校直法校直棒料，不宜冷校直，忌锤击。装夹时，防止预加应力产生变形，夹持方法有两种:一是在一端车出8～10mm的卡脚档;二是在卡盘爪与工件间垫入直径为f3～f5mm的钢丝(绕工件放置)或钢柱(顺工件放置)，使工件与卡盘为线接触。
2切削方法
采用三支承爪的跟刀架及弹簧顶尖，切削方法有以下两种。
1) 高速切削法
常采用75°粗车刀、93°半精车和精车刀。75°粗车刀材料为YT15,YW2，刀片代号A127；93°精车刀材料为YT30、YW1，刀片代号A127。粗车切削用量：n=290～450r/min，f=0.4～0.6mm/r，ap=3～4mm；半精车切削用量:n=380～600r/min，f=0.2～0.4mm/r，ap=1.5～2.5mm；精车切削用量：n=450～600r/min，f=0.15～0.3mm/r，ap=0.5～1.5mm。
因增加了一个支承爪，在车刀切入工件后，应按上、下、外顺序调整支承爪。
2) 反向低速大进刀精车法
采用弹簧伸缩顶尖，反向切削。精车、半精车仍用高速切削法，精车用低速大走刀。采用的刀具与高速切削法相同。粗车切削用量n=230～450r/min，f=0.5～0.8mm/r,ap=3～8mm；半精车切削用量n=290～6OOr/min，f=0.3～0.6mm/r，ap=1.5～3.5mm;精车切削用量n=12～24r/min，f=10～20mm/r,ap=0.02～0.05mm。f、ap、V选取最大值的顺序依次为ap、f、V。
操作方法:靠卡盘处车出跟刀架支承档，修磨好支承爪后，在轴尾端倒角45°，以防止车削结束时刀具崩刃。支承爪的调整顺序依次是下侧、上侧、外侧。接刀应准确，在轴径接刀处要有1:10左右的锥度。逐步增加刀刃的切削力，以避免突然增加造成让刀或扎刀，产生径向误差而引起振动，或出现多边形及竹节形。
为防止工件振动，跟刀架支承爪的轴向长度选40～50mm，径向宽度为10～15mm。为便于散热和排屑，在支承爪的轴向和径向上各钻一个T形通孔，支承爪材料宜用QT60-2球墨铸铁。
3 辅助工具
粗车时，可采用如图1所示的支架，支架由V形块和木垫块组成，木垫块压在机床导轨上。
图1 加V形块的木支架
半精车、精车时可采用如图2所示的托架，托架是在加工过程中起减振作用的主要辅具，托架由两块制有3°斜面的木质(红松)托块组成，上托块的上面制成V型托口，这可使工件与上托块在互相作用时能够形成不完全碰撞，受力时一部分功能将受到损失，以达到减小反作用力的目的。根据实践经验，V型夹角α=30°～50°为宜，辅具安放数量视工件长径比及工件长度而定，当长径比大于80、工件长大于1500mm以上时，每隔600～800mm放置一个。
1.工件 2.上托架 3.下托架 4.床身
图2 托架
4 应用效果
采用上述工艺措施后，车削最细轴(杆)f8×2000和细长轴f25×3000～5000，全长精度在IT5以上，表面粗糙度在Ra1.6以下，车削一根轴仅需15～25min。
超细长轴车削加工工艺
通常轴的长度与之直径比大于20～25(即L/d≥20～25)的轴称之为细长轴。而加工Ø35×4095、Ø10×1300长轴时，因径长比达1:100至1:150左右，属超细长轴加工。
超细长轴车削的工艺特点：①超细长轴刚性很差，车削时装夹不当，很容易因切削力及重力的作用而发生弯曲变形，产生振动，从而影响加工精度和表面粗糙度。②超细长轴的热扩散性能差，在切削热作用下，会产生相当大的线膨胀。如果轴的两端为固定支承，则工件会因伸长而顶弯。③由于轴较长，一次走刀时间长，刀具磨损大，从而影响零件的几何形状精度。④车超细长轴时由于使用跟刀架，若支承工件的两个支承块对零件压力不适当，会影响加工精度。若压力过小或不接触，就不起作用，不能提高零件的刚度：若压力过大，零件被压向车刀，切削深度增加，车出的直径就小，当跟刀架继续移动后，支承块支承在小直径外圆处，支承块与工件脱离，切削力使工件向外让开，切削深度减小，车出的直径变大，以后跟刀架又跟到大直径圆上，又把工件压向车刀，使车出的直径变小，这样连续有规律的变化，就会把细长的工件车成“竹节”形。造成机床、工件、刀具工艺系统的刚性不良给切削加工带来困难，不易获得良好的表面粗糙度和几何精度。
我们在实践中，经过不断摸索，采用各种车削装置：如三支承块跟刀架、弹性活络顶针、垫块、托架支承：车削中采用反向进给车削，配合以最佳的刀具几何参数、切削用量、等一系列有效措施。提高了超细长轴的刚性，满足了加工要求。使的加工的超细长轴效果良好，表面粗糙度达到Ra3.2以上，锥度误差在工件全长4m中仅0.04mm，椭圆度为0.01mm，弯曲度仅为0.15mm。且工效大大提高。
图1工件装夹
图2跟刀架
1超细长轴车削装置
工件装夹
在卡盘夹紧工件的卡爪面垫入Ø4×20mm钢丝，夹入长度为15～20mm，如图1所示，使工件与卡爪之间为线接触。
在尾座装置弹性活络顶针，当工件发生弯曲变形或受热膨胀时，顶针能作一定的轴向位移。
跟刀架结构
跟刀架固定在床鞍上，一般有两个支承爪，跟刀架可以跟随车刀移动，抵消径向切削时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和减小表面粗糙度。从跟刀架的设计原理来看，只需两只支承爪就可以了，因车刀给工件的切削抗力F'r，使工件贴住在跟刀架的两个支承爪上。但是实际使用时，工件本身有一个向下重力，以及工件不可避免的弯曲，因此，当车削时，工件往往因离心力瞬时离开支承爪、接触支承爪而产生振动。如果采用三只支承爪的跟刀架支承工件一面由车刀抵住，使工件上下、左右都不能移动，车削时稳定，不易产生振动。因此车超细长轴时一个非常关键的问题是要应用三个爪跟刀架，结构如图2所示。
为使跟刀架保持良好的刚性，配备有三只支承块(材料为QT60-2)，使其与工件研磨后紧密贴合。跟刀架支承块与工件表面接触不良，留有间隙，易造成工件中心偏离旋转中心，从而产生多边形。应合理选用跟刀架结构，正确修磨支承块弧面，使其与工件良好接触。切削运行时呈滑动配合，使工件保持在切削旋转轴线上。
在调整和修磨跟刀架支承块后，如接刀不良，使第二次和第一次进给的径向尺寸不一致，引起工件全长上出现与支承块宽度一致的周期性直径变化，在切削中出现轻度竹节形。可通过调节上侧支承块的压紧力，使支承块与工件保持良好接触：通过调节中拖板手柄，改变切削浓度或减少车床大拖板和中拖板间的间隙：从而加以消除。
垫块
除跟刀架装置外，还可根据工件长度，在工件下面垫放不等距的木块(在切削中随放随取，保证拖板正常进给)，木块直接垫放在床身上其厚度以能轻微托牢工件为宜，木块制成半圆弧凹坑，运行时加机油润滑。这种垫块还具有消振作用，如图3所示。
托架支承对直径较小的超细长轴，因装夹、发热等各种因素造成的工件偏摆，导致切削深度变化。可利用托架托架支承，如图4所示，并改善托架与工件的接触状态。
图3垫木
图4托架
图5反向走刀车削
图6粗车车刀
图7精车车刀
2刀具设计
刀具几何参数和切削用量选择不当，造成切削力过大，发生弯曲变形和表面粗糙，工件装夹不良，尾座顶尖与工件中心孔顶得过紧，在上述夹紧方式下，采用反向走刀车削，使工件受力后能向弹性顶针处伸缩，如图5所示。
粗车刀
粗车用刀几何形状见图6所示。
刀具特点：①主偏角较大，使径向力Py减小，轴向力Px增大，能减少切削振动和弯曲变形：②前角g=15°～20°切削轻快：③断屑槽磨成R 2.5～4mm，有良好的卷屑作用，并增大实际切削前角。
刀具材料：刀片牌号YT15，型号A117：刀杆45号钢，调质HB220～250。
精车刀
精车车刀几何形状见图7所示。
刀具特点：①具有较大前角，刀尖无倒棱，切削轻快，切屑呈铝箔纸状：②刀刃宽度大于走刀量1.3倍以上，可以修光工作表面：③有1.5°～2°刃倾角，切屑沿待加工表面排出：④刀刃必须研磨平直，表面粗糙度达Ra0.8以上。
刀具材料：刀片牌号W18Cr4V，热处理HRC63～66；刀杆弹性刀排。
可磨出刀尖圆弧半径，当工件长度与直径比较大时亦可采用宽刃低速光车。
切削用量
粗车时：切削速度v=32m/min；走刀量f=0.3～0.35mm/r；切削深度ap=2～4mm。
精车时：切削速度v=1.5m/min；走刀量f=12～14mm/r；切削深度ap=0.02～0.05mm。 |
tonyaiyoyo
发表于 2024-11-9 20:08:22
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Published by Stonespider 
