细长轴加工工艺的探索

1、国家职业资格全国统一鉴定（国家职业资格2级）车 工论文题目: 细长轴加工工艺的探索_编号：_ _细长轴加工工艺的探索摘要：细长轴的车削加工是机械车削加工中比较常见的一种加工方式。由于细长轴直径与长度的比值较大，刚性差，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。通过采用合适的装夹方式和先进的加工工艺，选择合理的刀具角度和切削用量等措施，可以保证细长轴的加工质量要求，本人根据多年的生产实践，对细长轴的加工工艺进行了探索。关键词：细长轴车削 加工工艺探索与工艺的分析 正文：一、零件工艺分析图样（见图一）上要求加工的零件为某型号产品的细长轴，该零件细头直径为(15±0.0

2、5 mm)，长度为300mm，根部R2mm圆弧过渡，大径为(20±0.05 mm)，长度为100mm，零件材料为45#钢料。根据零件加工性能分析，加工该零件时，选择CA6140卧式车床进行车削加工。在加工细长轴时，首先对零件的装夹、刀具装夹及切削进给量需进行合理的改进及调整，在加工过程中才能保证其精度要求。二、 引起细长轴产生弯曲变形的因素在车床上车削细长轴采用的传统装夹方式主要有两种：一种方式是细长轴的一端用卡盘夹紧，另一端用车床尾架顶尖支承(一夹一顶);另一种方式是细长轴的两端均由顶尖支撑(双顶尖装夹)。通过研究分析，车削引起细长轴弯曲变形的原因主要有：1) 切削力导致变形在车削

3、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PY及切向切削力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。径向切削力PY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差，径向力容易把细长轴顶弯，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较大。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。对于一般的车削加工，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。2) 切削热产生的影响车削加

4、工产生的切削热，会引起工件热伸长。由于在车削过程中，卡盘和尾架顶尖两者之间的距离是固定不变的。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。由此可以看出，提高细长轴的加工精度问题，实质上就是控制工艺系统的受力及受热变形的问题。三、 提高细长轴加工精度的措施在细长轴加工过程中，为提高其加工精度，要根据不同的生产条件，采取不同的措施，以提高细长轴的加工精度。1) 选择合适的装夹方法在车床上车削细长轴采用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。但用该方法装夹细长轴，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、

5、加工余量较小、同轴度要求较高的工件。加工细长轴通常采用一夹一顶的装夹方式。如图2所示，但是在该装夹方式中，如果顶尖顶得太紧，除了可能将细长轴顶弯外，还能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.因此采用一夹一顶装夹方式时，顶尖应采用弹性活顶尖，如图3，使细长轴受热后可以自由伸长，减少其受热弯曲变形;同时可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。 图2图32) 直接减少细长轴受力变形采用跟刀架和中心架采用一夹一顶的装夹方式车削

6、细长轴，为了减少径向切削力对细长轴弯曲变形的影响，传统上采用跟刀架和中心架，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。采用轴向拉夹法车削细长轴采用跟刀架和中心架，虽然能够增加工件的刚度，基本消除径向切削力对工件的影响。但还不能解决轴向切削力把工件压弯的问题，特别是对于长径比较大的细长轴，这种弯曲变形更为明显。因此可以采用轴向拉夹法车削细长轴。如图4，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。 图4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

7、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。采用反向切削法车削细长轴，如图5。反向切削法是指在细长轴的车削过程中，车刀由主轴卡盘开始向尾架方向进给。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。 图5采用双刀车削细长轴，改装车床中滑板，在中滑板后端加装一个X轴方向用的小滑板，然后把后刀架装在小滑板上，这样就可以在加工过程中利用后刀架的小滑板来调整后车刀在车削时的进给量，采用

8、前后两把车刀同时进行车削。如图6两把车刀，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。图63) 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是不同的。切削深度(t) 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。进给量(f)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

9、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。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。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。前角() 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

10、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=15°。主偏角(kr) 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，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。刃倾角(s)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+3°+10°，以使切屑流向待加工表面。四、结束语细长轴的车削加工是机械加工中比较常见的一种加工方式。由于细长轴刚性差，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。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，可以保证细长轴的加工质量要求。通过改进装夹方法，采用双刀车削细长轴，在车削过程中，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,引起的弯曲变形程度减少；补偿了因切削热而产