論文細(xì)長(zhǎng)軸車削加工關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題研究

1、合 肥 通 用 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文題 目： 細(xì)長(zhǎng)軸車削加工關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題研究 系 別： 機(jī) 械 工 程 系 專 業(yè)： 機(jī) 械 制 造 與 自 動(dòng) 化 學(xué) 制： 三 年 姓 名： 杜文秋 學(xué) 號(hào)： 2 9 1 0 0 1 4 3 指導(dǎo)教師： 張 文 群 二零一三年四月九日指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)：指導(dǎo)教師： 2013 年 月 日摘要通過(guò)分析細(xì)長(zhǎng)軸加工各關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題對(duì)細(xì)長(zhǎng)軸加工的影響，找到改進(jìn)方法，從而提高細(xì)長(zhǎng)軸加工的精度，保證合格率。關(guān)鍵字：細(xì)長(zhǎng)軸 技術(shù)問(wèn)題 加工精度目錄摘要II目錄III引言1第 一 章 細(xì)長(zhǎng)軸加工的特點(diǎn)2第 二 章 引起細(xì)長(zhǎng)軸產(chǎn)生彎曲變形的原因32.1切削力

2、導(dǎo)致變形3徑向切削力Pz的影響3軸向切削力Px的影響32.2切削熱產(chǎn)生的影響4第 三 章 提高細(xì)長(zhǎng)軸加工精度的措施53.1增加細(xì)長(zhǎng)軸的剛性，減小車削時(shí)的振動(dòng)5選擇合適的裝夾方法5使用中心架和跟刀架53.2減小熱變形伸長(zhǎng)影響63.3采用適當(dāng)?shù)能囅鞣椒?3.4適當(dāng)?shù)目刂魄邢饔昧?3.5選擇合理的刀具角度8總結(jié)10參考文獻(xiàn)11引言 通常軸的長(zhǎng)度與之直徑比大于2025(即L/d2025)的軸稱之為細(xì)長(zhǎng)軸。這類零件一般在車床上進(jìn)行加工。在車削過(guò)程中，由于其剛性差，在切削力和切削熱的作用下，細(xì)長(zhǎng)軸很容易產(chǎn)生彎曲變形，這樣就破壞了刀具和零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性，使加工出來(lái)的細(xì)長(zhǎng)軸產(chǎn)生中間粗、兩頭細(xì)的形狀，嚴(yán)重影

3、響零件的加工精度.同時(shí)細(xì)長(zhǎng)軸產(chǎn)生彎曲變形后，還會(huì)引起工藝系統(tǒng)振動(dòng)，影響零件的粗糙度。第 一 章 細(xì)長(zhǎng)軸加工的特點(diǎn)細(xì)長(zhǎng)軸是機(jī)器上的重要零件之一用來(lái)支配機(jī)器中的傳動(dòng)零件，使傳動(dòng)零件有確定的工作位置，并且傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。當(dāng)軸的長(zhǎng)度與直徑之比時(shí)，軸稱為細(xì)長(zhǎng)軸?！败嚬づ聴U。鉗工怕眼是人們熟悉的口頭語(yǔ)。也就是說(shuō)，由于細(xì)長(zhǎng)軸的加工精度要求高，但細(xì)長(zhǎng)軸本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使之剛性差、振動(dòng)大，所以加工起來(lái)存在一定的難度。其加工特點(diǎn)如下：（1）細(xì)長(zhǎng)軸剛性很差。在車削加工時(shí)，如果裝夾不當(dāng)，很容易因切削力及重力的作用而產(chǎn)生彎曲變形，從而引起振動(dòng)，降低加工精度和表面粗糙度。（2）細(xì)長(zhǎng)軸的散熱性差。在切削熱的作用下。工件軸向尺

4、寸會(huì)變熱伸長(zhǎng)，如果軸的兩端為固定支承，則會(huì)因變擠而產(chǎn)生彎曲變形，甚至?xí)构ぜㄋ涝陧敿忾g而無(wú)法加工。（3）工件高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，在離心力作用下，加劇工件彎曲與振動(dòng)。（4）細(xì)長(zhǎng)軸軸向尺寸較長(zhǎng)，加工時(shí)一次給所需時(shí)間長(zhǎng)。第 二 章 引起細(xì)長(zhǎng)軸產(chǎn)生彎曲變形的原因通過(guò)分析研究，車削引起細(xì)長(zhǎng)軸彎曲變形的原因主要有：2.1切削力導(dǎo)致變形 在車削過(guò)程中，產(chǎn)生的切削力可以分解為軸向切削力Px、徑向切削力Pz。不同的切削力對(duì)車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)產(chǎn)生彎曲變形的影響是不同的。徑向切削力Pz的影響徑向切削力是垂直作用在通過(guò)細(xì)長(zhǎng)軸軸線水平平面內(nèi)的，由于細(xì)長(zhǎng)軸的剛性較差，徑向力將會(huì)把細(xì)長(zhǎng)軸頂彎，使其在水平面內(nèi)發(fā)生彎曲變形.徑向切削力對(duì)細(xì)

5、長(zhǎng)軸彎曲變形的影響(見(jiàn)圖1)。圖 1 一夾一頂裝夾方式及力學(xué)模型軸向切削力Px的影響 軸向切削力是平行作用在細(xì)長(zhǎng)軸軸線方向上的，它對(duì)工件形成一個(gè)彎矩。對(duì)于一般的車削加工，軸向切削力對(duì)工件彎曲變形的影響并不大，可以忽略。但是由于細(xì)長(zhǎng)軸的剛性較差，其穩(wěn)定性也較差，當(dāng)軸向切削力超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，將會(huì)把細(xì)長(zhǎng)軸壓彎而發(fā)生縱向彎曲變形(如圖2)。 圖2 徑向切削力的影響及力學(xué)模型2.2切削熱產(chǎn)生的影響 車削加工產(chǎn)生的切削熱，會(huì)引起工件熱伸長(zhǎng)。由于在車削過(guò)程中，卡盤(pán)和尾架頂尖都是固定不動(dòng)的，因此兩者之間的距離也是固定不變的。這樣細(xì)長(zhǎng)軸受熱后的軸向伸長(zhǎng)量受到限制，導(dǎo)致細(xì)長(zhǎng)軸受到軸向擠壓而產(chǎn)生彎曲變形。 因此可以

6、看出，提高細(xì)長(zhǎng)軸的加工精度問(wèn)題，實(shí)質(zhì)上就是控制工藝系統(tǒng)的受力及受熱變形的問(wèn)題。第 三 章 提高細(xì)長(zhǎng)軸加工精度的措施3.1增加細(xì)長(zhǎng)軸的剛性，減小車削時(shí)的振動(dòng)3.1.1選擇合適的裝夾方法（1）兩頂尖裝央定位準(zhǔn)確，容易保證工件軸度要求。但該方法車削剛性較差，要求頂緊力適當(dāng)，否則彎曲變形大，而且極易產(chǎn)生振動(dòng)。只適宜于長(zhǎng)度與直徑比不很大，加工余量小，需要多次以兩頂尖孔定位來(lái)保證同軸度要求的工件加工。（2）一端用卡盤(pán)夾緊，另一端用頂尖頂緊頂尖頂?shù)锰o，工件切削時(shí)變熱伸長(zhǎng)變阻，將引起軸變形彎曲；頂尖頂?shù)锰?，則穩(wěn)定性差，另外，頂尖孔與裝夾基面往往不同軸，會(huì)形成裝夾的過(guò)定位而使工件彎曲。此時(shí)可在三爪卡盤(pán)與工件

7、問(wèn)墊入個(gè)開(kāi)口鋼絲圈，使工件與卡爪成線接觸，使細(xì)長(zhǎng)軸在自由狀態(tài)下定位夾緊，不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。此外，后頂尖還可以采用彈性活頂尖，使工件變熱伸長(zhǎng)時(shí)不變阻，以減少?gòu)澢冃危?）一夾一拉裝夾細(xì)長(zhǎng)軸在車削過(guò)程中工件始終受到軸向拉力，因切削熱而產(chǎn)生的軸向伸長(zhǎng)量，可用后尾座手輪進(jìn)行調(diào)整，這是加工細(xì)長(zhǎng)軸比較理想的一種裝夾方法3.1.2使用中心架和跟刀架（1）當(dāng)工件可分段車削時(shí)，中心架直接支承在工件中間。采用這種支承，長(zhǎng)度與直徑之比可以減少一半，相當(dāng)于減少了軸與支承跨距，細(xì)長(zhǎng)軸的剛度可以增加幾倍，能有效防止軸加工時(shí)的繞曲變形(見(jiàn)圖3-1)。（2）跟刀架固定在床鞍上，一般有兩個(gè)支承爪，跟刀架可以跟隨車刀移動(dòng)，抵消徑向

8、切削時(shí)可以增加工件的剛度，減少變形。從而提高細(xì)長(zhǎng)軸的形狀精度和減小表面粗糙度。圖3-1 中心架的裝夾方法3.2減小熱變形伸長(zhǎng)影響車削時(shí)，因切削熱傳導(dǎo)給工件，使工件溫度升高，工件就開(kāi)始變形伸長(zhǎng)，其熱變形伸長(zhǎng)量為 式中：1為材料的線膨脹系數(shù)；為工件總長(zhǎng)；t為工件升高的溫度。如前所述，車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，一般用兩頂尖或一端夾緊，另一端頂緊的方法加工，其軸向位置是固定的，如果工件變熱伸長(zhǎng)了，工件就受擠壓彎曲，一旦產(chǎn)生彎曲后，細(xì)長(zhǎng)軸就很難進(jìn)行加工，因此，加工細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，需采取措施以減小熱變形的影響：（1）使用彈性回轉(zhuǎn)頂尖來(lái)補(bǔ)償熱變形伸長(zhǎng)實(shí)踐證明，用彈性回轉(zhuǎn)頂尖加工細(xì)長(zhǎng)軸，可有效的補(bǔ)償工件的熱變形伸長(zhǎng)，工件不易彎

9、曲，車削可順利進(jìn)行。（2）采用反向進(jìn)給車削反向進(jìn)給是指刀具從床頭到床尾方向作切削運(yùn)動(dòng)。常規(guī)的切削方向使尾架的頂緊軸向力與切削軸向力方向一致，加劇了細(xì)長(zhǎng)軸工件的彎曲。若反向進(jìn)給，其軸向分力只對(duì)工件產(chǎn)生的拉力，使工件已加工部分軸向拉伸，與工件變熱伸長(zhǎng)方向一致，共同向彈性頂尖壓縮。為取得最佳效果，反向進(jìn)給和彈性頂尖一般配合使用。（3）加注充分的切削液車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)無(wú)論是低速切削還是高速切削，使用切削液進(jìn)行冷卻，能有效地抑制工件溫度上升，從而控制熱變形。（4）刀具應(yīng)經(jīng)常保持銳利狀態(tài)，以減小刀具與工件的摩擦發(fā)熱。3.3采用適當(dāng)?shù)能囅鞣椒ǎ?）一夾一頂上中心架，或兩頂尖上中心架，正裝車刀車削，適用于允許調(diào)頭

10、接刀車削的工件。（2）一夾一頂上跟刀架，正裝車刀車削，適用于不允許調(diào)頭接刀車削的工件。兩爪跟刀架不適用于高速切削，三爪跟刀架適用于高速切削。（3）一夾一頂或一夾一拉，卡盤(pán)央緊面用開(kāi)口鋼絲圈，上跟刀架，反向進(jìn)給，適用于精車長(zhǎng)徑比大于倍的軸（4）雙刀切削法。采用雙刀車削細(xì)長(zhǎng)軸改裝車床中溜板，增加后刀架，采用前后兩把車刀同時(shí)進(jìn)行車削。兩把車刀，徑向相對(duì)，前車刀正裝，后車刀反裝。兩把車刀車削時(shí)產(chǎn)生的徑向切削力相互抵消。工件受力變形和振動(dòng)小，加工精度高，適用于批量生產(chǎn)。 （5） 雙頂尖法裝夾法。采用雙頂尖裝夾，工件定位準(zhǔn)確，容易保證同軸度。但用該方法裝夾細(xì)長(zhǎng)軸，其剛性較差，細(xì)長(zhǎng)軸彎曲變形較大，而且容易產(chǎn)

11、生振動(dòng).因此只適宜于長(zhǎng)徑比不大、加工余量較小、同軸度要求較高、多臺(tái)階軸類零件的加工。 3.4適當(dāng)?shù)目刂魄邢饔昧壳邢饔昧窟x擇的是否合理，對(duì)切削過(guò)程中產(chǎn)生的切削力的大小、切削熱的多少是不同的。因此對(duì)車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)引起的變形也是不同的。1. 切削深度(t) 在工藝系統(tǒng)剛度確定的前提下，隨著切削深度的增大，車削時(shí)產(chǎn)生的切削力、切削熱隨之增大，引起細(xì)長(zhǎng)軸的受力、受熱變形也增大。因此在車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，應(yīng)盡量減少切削深度2.進(jìn)給量(f) 進(jìn)給量增大會(huì)使切削厚度增加，切削力增大。但切削力不是按正比增大，因此細(xì)長(zhǎng)軸的受力變形系數(shù)有所下降.如果從提高切削效率的角度來(lái)看，增大進(jìn)給量比增大切削深度有利。 3. 切削速度(

12、v) 提高切削速度有利于降低切削力。這是因?yàn)?，隨著切削速度的增大，切削溫度提高，刀具與工件之間的摩擦力減小，細(xì)長(zhǎng)軸的受力變形減小。但切削速度過(guò)高容易使細(xì)長(zhǎng)軸在離心力作用下出現(xiàn)彎曲，破壞切削過(guò)程的平穩(wěn)性，所以切削速度應(yīng)控制在一定范圍。對(duì)長(zhǎng)徑比較大的工件，切削速度要適當(dāng)降低。3.5選擇合理的刀具角度選擇合理的刀具角度是為了減小車削細(xì)長(zhǎng)軸產(chǎn)生的彎曲變形，要求車削時(shí)產(chǎn)生的切削力越小越好，而在刀具的幾何角度中，前角、主偏角和刃傾角對(duì)切削力的影響最大。細(xì)長(zhǎng)軸車刀必須保證如下要求：切削力小，減少?gòu)较蚍至?，切削溫度低，刀刃鋒利，排屑流暢，刀具壽命長(zhǎng)。從車削鋼料時(shí)得知：當(dāng)前角0增加10°，徑向分力Fr

13、可以減少30%；主偏角Kr增大10°，徑向分力Fr可以減少10%以上；刃傾角s取負(fù)值時(shí)，徑向分力Fr也有所減少（見(jiàn)圖3-2）。圖3-2刀具切削幾何角度 （1）前角(0) 其大小直接著影響切削力、切削溫度和切削功率，增大前角?？梢允贡磺邢鹘饘賹拥乃苄宰冃纬潭葴p小，切削力明顯減小。增大前角可以降低切削力，所以在細(xì)長(zhǎng)軸車削中，在保證車刀有足夠強(qiáng)度前提下，盡量使刀具的前角增大，前角一般取0=150 。車刀前刀面應(yīng)磨有斷屑槽，屑槽寬B=3.54mm，配磨 br1=0.10.15mm，01=-25°的負(fù)倒棱，使徑向分力減少，出屑流暢，卷屑性能好，切削溫度低，因此能減輕和防止細(xì)長(zhǎng)軸彎曲變

14、形和振動(dòng)。（2）主偏角(kr) 車刀主偏角Kr是影響徑向力的主要因素，其大小影響著3個(gè)切削分力的大小和比例關(guān)系。隨著主偏角的增大，徑向切削力明顯減小，在不影響刀具強(qiáng)度的情況下應(yīng)盡量增大主偏角。主偏角Kr=90°（裝刀時(shí)裝成85°88°），配磨副偏角Kr=8°100° 。刀尖圓弧半徑S=0.150.2mm，有利于減少?gòu)较蚍至?。?）刃傾角(s)傾角影響著車削過(guò)程中切屑的流向、刀尖的強(qiáng)度及3個(gè)切削分力的比例關(guān)系。隨著刃傾角的增大，徑向切削力明顯減小，但軸向切削力和切向切削力卻有所增大。刃傾角在-10°+10°范圍內(nèi)，3個(gè)切削分力的比例關(guān)系比較合理。在車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，常采用正刃傾角+3°+10°，以使切屑流向待加工表面。（4）后角較小a0=a01=4°60° ，起防振作用?？偨Y(jié)車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，只要做到采用合理的裝夾方法