优秀毕业论文毕业设计细长轴车削加工关键技术问题研究

1、合肥通用职业技术学院毕业设计论文题冃: 系别: 专业: 学制: 姓名: 学号:细长轴车削加工关键技术问题研究机械工程系机械制造与自动化杜文秋2 9 1 0 0 1 4 3指导教师：张文群二零一三年四月九日指导教师评语及成绩:指导教师:2013年 月 日摘要通过分析细长轴加工各关键技术问题对细长轴加工的影响，找到改进方法，从而提高 细长轴加工的精度，保证合格率。关键字:目录摘要i目录ii引言1第一章 细长轴加工的特点2第二章 引起细长轴产生弯曲变形的原因32.1切削力导致变形32.1.1径向切削力pz的影响32.1.2轴向切削力px的影响32.2切削热产生的影响4第三章 提高细长轴加工精度的措施

2、53增加细长轴的刚性，减小车削时的振动53.1.1选择合适的装夹方法53.1.2使用屮心架和跟刀架53.2减小热变形伸长影响63.3采用适当的车削方法73.4适当的控制切削用量73.5选择合理的刀具角度8总结1()参考文献11引言通常轴的长度与z直径比大于2025（即l/d22025）的轴称z为细长轴。这类零件 一般在车床上进行加工。在车削过程小，由于其刚性差，在切削力和切削热的作用下，细 长轴很容易产生弯曲变形，这样就破坏了刀具和零件相对运动的准确性，使加工出来的细 长轴产生中间粗、两头细的形状，严重影响零件的加工精度同时细长轴产生弯曲变形后, 还会引起工艺系统振动，影响零件的粗糙度。第一章

3、细长轴加工的特点细长轴是机器上的重耍零件z.用来支配机器中的传动零件，使传动零件有确定的 工作位置，并且传递运动和转矩。当轴的长度与直径之比l / d>2 5时，轴称为细长轴。 “车工怕杆。钳工怕眼''是人们熟悉的口头语。也就是说，由于细氏轴的加工精度要求 高，但细长轴本身的结构特点使之刚性差、振动人，所以加工起来存在一定的难度。其加 工特点如下：（1）细长轴刚性很热 在车削加工时，如果装夹不当，很容易因切削力及重力的作用 而产生弯曲变形，从而引起振动，降低加工精度和表而粗糙度。（2）细长轴的散热性差。在切削热的作用下。工件轴向尺寸会变热伸长，如果轴的两 端为固定支承，则

4、会因变挤而产生弯曲变形，甚至会使工件卡死在顶尖间而无法加工。（3）工件高速旋转时，在离心力作用下，加剧工件弯曲与振动。（4）细长轴轴向尺寸较长，加工吋一次给所需吋间长。第二章 引起细长轴产生弯曲变形的原因通过分析研究，车削引起细长轴弯曲变形的原因主耍有:21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px、径向切削力pz。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。2.1.1径向切削力pz的影响径向切削力是垂直作用在通过细长轴轴线水平平面内的，由于细长轴的刚性较羌，径 向力将会把细长轴顶弯，使其在水平面内发生弯曲变形.径向切削力对细长轴弯曲变形的 影响（见图1）。p

5、1图1 i夹一顶装夹方式及力学模型2.1.2轴向切削力px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。对于i般的 车削加工，轴向切削力对工件弯曲变形的影响并不大，可以忽略。但是由于细长轴的刚性 较差，其稳定性也较差，当轴向切削力超过一定数值时，将会把细长轴压弯而发生纵向弯 曲变形（如图2）o图2径向切削力的影响及力学模型2.2切削热产生的影响车削加工产生的切削热，会引起工件热伸长。由于在车削过程中，卡盘和尾架顶尖都 是固定不动的，因此两者之间的距离也是同定不变的。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。因此町以看出，捉高细长轴的加

6、工精度问题，实质上就是控制工艺系统的受力及受热变形的问题。第三章 提高细长轴加工精度的措施3.1增加细长轴的刚性，减小车削时的振动3.1.1选择合适的装夹方法(1) 两顶尖装央定位准确，容易保证工件轴度要求。但该方法车削刚性较差，要求顶 紧力适当，否则弯曲变形大，而且极易产生振动。只适宜于长度与直径比不很大，加工余 量小，需要多次以两顶尖孔定位来保证同轴度要求的工件加工。(2) 一端用卡盘夹紧，另一端用顶尖顶紧顶尖顶得太紧，工件切削时变热伸长变阻, 将引起轴变形弯曲；顶尖顶得太松，则稳定性差，另外，顶尖孔与装夹基面往往不同轴, 会形成装夹的过定位而使工件弯曲。此吋.可在三爪卡盘与工件问垫入一个

7、开口钢丝圈， 使工件与卡爪成线接触，使细长轴在自由状态下定位夹紧，不会产生内应力。此外，后顶 尖述可以采用弹性活顶尖，使工件变热伸长时不变阻，以减少弯曲变形(3) 一夹一拉装夹细长轴在车削过程中工件始终受到轴向拉力，因切削热而产生的轴 向伸长量，可用后尾座手轮进行调整，这是加工细长轴比较理想的一种装夹方法3.1.2使用中心架和跟刀架(1) 当工件可分段车削时，小心架直接支承在工件小间。采用这种支承，长度与直径 之比可以减少一半，相当于减少了轴与支承跨距，细长轴的刚度可以增加几倍，能有效防 止轴加工时的绕曲变形(见图3-l)o(2) 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，

8、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。图3-1中心架的装夹方法3.2减小热变形伸长影响车削时，因切削热传导给工件，使工件温度升高，工件就开始变形伸长，其热变形伸 长量为al = 01 厶式中：01为材料的线膨胀系数；l为工件总长； t为工件升高的温度。如前所述，车削细长轴吋，一般用两顶尖或一端夹紧，另一端顶紧的方法加工，其轴 向位置是固定的，如果工件变热仲长了 d l,工件就受挤压弯曲，一旦产生弯曲后，细长 轴就很难进行加工，因此，加工细长轴时，需采取措施以减小热变形的影响：(1) 使用弹性回转顶尖來补偿热变形伸长实践证明，用弹性冋转顶尖加工细

9、长轴，可 有效的补偿工件的热变形伸长，工件不易弯曲，车削可顺利进行。(2) 采用反向进给车削反向进给是指刀具从床头到床尾方向作切削运动。常规的切削 方向使尾架的顶紧轴向力与切削轴向力b方向一致，加剧了细长轴工件的弯曲。若反向进 给，其轴向分力只对工件产生的拉力，使工件已加工部分轴向拉伸，与工件变热伸长方向 一致，共同向弹性顶尖压缩。为取得最佳效杲，反向进给和弹性顶尖一般配合使用。(3) 加注充分的切削液车削细长轴时.无论是低速切削还是高速切削，使用切削液进 行冷却，能有效地抑制工件温度上升，从而控制热变形。（4）刀具应经常保持锐利状态，以减小刀具与工件的摩擦发热。3.3采用适当的车削方法（1）

10、-夹一顶上屮心架，或两顶尖上屮心架，正装车刀车削，适用于允许调头接刀车削 的工件。（2）-夹一顶上跟刀架，正装车刀车削，适用于不允许调头接刀车削的工件。两爪跟 刀架不适用于高速切削，三爪跟刀架适用于高速切削。（3）一夹一顶或一夹一拉，卡盘央紧面用开口钢丝圈，上跟刀架，反向进给，适用于 精车长径比人于5 0倍的轴（4）双刀切削法。采用双刀车削细长轴改装车床屮溜板，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）双顶尖法装夹法。采用双顶尖装夹，工件定位准确，容易

11、保证同轴度。但用该 方法装夹细长轴，英刚性较差，细长轴弯曲变形较大，而但容易产生振动.因此只适宜于 长径比不大、加工余量较小、同轴度要求较高、多台阶轴类零件的加工。3.4适当的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是不同的。1 切削深度在工艺系统刚度确定的前提下，随着切削深度的增人，车削吋产生的切削力、切削热 随z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）进给量增人会使切削厚度增加，切削力增大。但切削力不是按正比增人，因此细长轴 的受力变形系数冇所下降.如

12、果从捉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z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，所以切削速度应控制在一定范围。对长 径比较大的工件，切削速度要适当降低。3.5选择合理的刀具角度选择合理的刀具角度是为了减小车削细长轴产生的弯曲变形，要求车削吋产生的切削 力越小越好，而在刀具的儿何角度中，前角、主偏角和刃倾角对切削力的影响最大。细t 轴车刀必须保证如下要求：切削力小，减少径向分力，切削温度低，刀刃锋利，

13、排屑流畅, 刀具寿命长。从车削钢料吋得知：当前角y0增加10°，径向分力fr可以减少30%；主 偏角kr增大10°，径向分力fr可以减少10%以上 刃倾角入s取负值时，径向分力fr 也有所减少（见图3-2）o图3-2刀具切削儿何角度（1）前角（m）其大小直接着影响切削力、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犬，前角一般取y 0=150 o车刀前刀而应濟冇断屑槽，屑槽宽b=3.54mm,配磨br 1=0.10.15mm, y 01=25

14、。的负倒棱，使径向分力减少，出屑流畅，卷屑性能好，切削温度低，因此能减轻 和防止细长轴弯曲变形和振动。（2）主偏角（灯）车刀主偏角kr是影响径向力的主要因素，其大小影响着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，在不影响刀具强度的情况 下应尽量增大主偏角。主偏角kr=90° （装刀时装成85°88° ），配磨副偏角k =8° 100° o刀尖|员|弧半径ys=0.150.2mm,有利于减少径向分力。（3）刃倾角qs）倾角影响着车削过程屮切屑的流向、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 吋，常采用正刃倾角+3。+10。,以使切屑流向待加工表面。（4）后角较小如=伽=4°60。,起防振作用。总结车削细长轴时，只要做到采用合理的装夹方法