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解决细长轴加工变形问题的措施
[2017-07-10]

在细长轴加工过程中,为提高加工精度,应根据不同的生产条件,采取不同的措施,才能保证细长轴的加工精度。

1、选择合适的装夹方法

在普通车床上车削细长轴的两种传统装夹方式中,采用双顶尖装夹,工件定位准确,容易保证同轴度。但用这种方法装夹细长轴,其刚性较差,细长轴弯曲变形较大,而且容易产生振动.因此只适宜于安装长径比不大、加工余量较小、同轴度要求较高的工件。但是在我们单位加工细长轴通常采用一夹一顶的装夹方式,如果顶尖顶得太紧,可能将细长轴顶弯外,或者阻碍车削时细长轴的受热伸长,导致细长轴受到轴向挤压而产生弯曲变形。另外卡爪夹紧面与顶尖孔可能不同轴,装夹后会产生过定位,也能导致细长轴产生弯曲变形.所以采用一夹一顶装夹方式时,顶尖必须采用弹性活顶尖,使细长轴受热后可以自由伸长,减少其受热弯曲变形;还可以在卡爪与细长轴之间垫入一个开口钢丝圈,以减少卡爪与细长轴的轴向接触长度,消除安装时的过定位,减少弯曲变形,以保证细长轴的加工精度。

2、直接减少细长轴受力变形

(1)采用传统的跟刀架和中心架,相当于在细长轴上增加了一个支撑,增加了细长轴的刚度,可有效地减少径向切削力对细长轴的影响。

(2)采用轴向夹拉法车削细长轴,轴向夹拉车削是指在车削细长轴过程中,细长轴的一端由卡盘夹紧,另一端由专门设计的夹拉头夹紧,夹拉头给细长轴施加轴向拉力。

在车削过程中,细长轴始终受到轴向拉力,解决了轴向切削力把细长轴压弯的问题。同时在轴向拉力的作用下,会使细长轴由于径向切削力引起的弯曲变形程度减小;补偿了因切削热而产生的轴向伸长量,提高了细长轴的刚性和加工精度。

(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。

这样在加工过程中产生的轴向切削力使细长轴受拉,消除了轴向切削力引起的弯曲变形。同时,采用弹性的尾架顶尖,可以有效地补偿刀具至尾架一段的工件的受压变形和热伸长量,避免工件的压弯变形。

(4)采用双刀车削细长轴改装车床中滑板,增加后刀架,采用前后两把车刀同时进行车削。两把车刀,径向相对,前车刀正装,后车刀反装。两把车刀车削时产生的径向切削力相互抵消。工件受力变形和振动小,加工精度高,适用于批量生产。

(5)采用磁力切削法车削细长轴:我们采用的磁力切削法的原理与反向切削法原理基本相同。在车削过程中,细长轴由于受到磁力拉伸的作用,可以减少细长轴加工时的弯曲变形,提高细长轴加工精度。

3、合理地控制切削用量

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、切削热的多少是不同的。因此对车削细长轴时引起的变形也不同。

(1)切削深度(t):切削深度是指在工艺系统刚度确定的前提下,随着切削深度的增大,车削时产生的切削力、切削热随之增大,引起细长轴的受力、受热变形也增大。因此在车削细长轴时,应尽量减少切削深度。

(2)进给量(f):车床车削时进给量增大会使切削厚度增加,切削力增大。但切削力不是按正比增大,因此细长轴的受力变形系数有所下降.如果从提高切削效率的角度来看,增大进给量比增大切削深度有利。

(3)切削速度(v):提高切削速度有利于降低切削力。这是因为,随着切削速度的增大,切削温度提高,刀具与工件之间的摩擦力减小,细长轴的受力变形减小。但切削速度过高容易使细长轴在离心力作用下出现弯曲,破坏切削过程的平稳性,所以切削速度应严格控制。对长径比较大的工件,切削速度要适当降低。

4、选择合理的刀具角度

为了减小车削细长轴产生的弯曲变形,要求车削时产生的切削力越小越好,而在刀具的几何角度中,前角、主偏角和刃倾角对切削力的影响最大。

(1)前角(γ): 车刀的前角大小直接着影响着切削力、切削温度和切削功率.增大前角,可以使被切削金属层的塑性变形程度减小,切削力明显减小。增大前角可以降低切削力,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=13°~17°。

(2)主偏角(kr):车刀主偏角的大小影响着3个切削分力的大小和比例关系。随着主偏角的增大,径向切削力明显减小,切向切削力在60°~90°时却有所增大。在60°~75°范围内,3个切削分力的比例关系比较合理。在车削细长轴时,一般采用大于60°的主偏角。

(3)刃倾角(λs);车刀的倾角影响着车削过程中切屑的流向、刀尖的强度及3个切削分力的比例关系。随着刃倾角的增大,径向切削力明显减小,但轴向切削力和切向切削力却有所增大。刃倾角在-10°~+10°范围内,3个切削分力的比例关系比较合理。在车削细长轴时,常采用正刃倾角0°~+10°,以使切屑流向待加工表面。

以上是我在加工细长轴的过程中,针对所出现的问题采取的一些措施,以及分析了这些措施的可行性。在日常的加工过程中通过采用合适的装夹方式和先进的加工方法,选择合理的刀具角度和切削用量等措施,保证细长轴刚性,尽可能减少车削时产生的受力、受热变形较大的问题,是解决细长轴变形问题的关键。

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