论文部分内容阅读
摘 要：在机械加工过程中，细长轴由于其刚性差，在切削力和切削热的作用下很容易产生弯曲变形，控制加工工件的受力及受热变形的问题，必须要选用合理的刀具几何角度、正确的切削用量、完善的加工工艺方法，来保证细长轴车削加工的质量。
关键词：细长轴；切削用量；刀具角度
1 细长轴的加工特点
1.1 在切削过程中，工件受切削热影响伸长会产生弯曲变形。
1.2 工件受切削力作用产生弯曲，从而引起振动，影响工件的精度和表面粗糙度。
1.3 由于工件自重、变形、振动、影响工件的圆柱度和表面粗糙度。
1.4 工件高速旋转时，在离心力的作用下，加剧工件弯曲与振动。因此，切削速度不能过高。
2 提高细长轴加工精度的措施
2.1 选择合适的装夹方法
减少装夹接触面积，工件用卡盘夹住，轴端伸入卡盘内约15-20mm。在卡爪与工件之间垫入圆柱销，如下图所示。这样工件与卡盘爪之间为线接触，能起万向调节作用，避免被长卡盘爪夹死而引起弯曲变形。在切削过程中，要随时注意顶尖的支顶松紧程度。其检查方法是：开动车床使工件旋转，用右手拇指和食指捏住回转顶尖转动部分顶尖能停止转动。当松开手指时，顶尖能恢复转动，这就说明顶尖的松紧适当。
2.2 直接减少细长轴受力变形
（1）采用跟刀架和中心架
采用一夹一顶的装夹方式车削细长轴，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。
（2）采用反向切削法车削细长轴
改进车削方法，采用反向进给车削细长轴车削细长轴时，采用反向进给改变进给方向，使工件由受压转变为受拉伸。当采用大进给量切削时，进给抗力较大，使工件从卡盘端到车刀之间内部产生见大的拉应力，能有效地减少工件的径向圆跳动，消除大幅度的振动，有利获得较高的精度和较小的表面粗糙度值。
（3）使用雙刀切削法车削细长轴
使用双刀切削法车削细长轴，用双刀切削法车削细长轴可使俩刀的背向力相互抵消，这样可减少工件的弯曲变形。俩刀尖距就是工件的直径，车出的工件圆柱度误差小。
应用双刀切削法时，应将车床中滑板改装成有前后俩个刀架，前刀架正装一把刀，后刀架反装一把刀。中滑板丝杠采用一端为右旋螺纹，一端为左旋螺纹，转动丝杠时，能使俩刀架同时进刀或退刀。
2.3 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是不同的。（如表1）
（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
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
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。
2.4 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，主偏角、前角和刃倾角对切削力的影响最大。
主偏角。其大小影响着三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，三个切削分力的比例关系比较合理。在车削细长轴时，车刀的主偏角取80°-95°，以减小切削径向分力，减少细长轴的弯曲。
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°～30°以减小切削力。
刃倾角。倾角影响着车削过程中切屑的流向、刀尖的强度及三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，三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。
其他。减小切屑刃表面粗糙值，刀刃保持锋利。不磨刀尖圆弧过渡刃和倒棱，或磨得很小、保持刀刃的锋利，减小径向切削力。粗车时，刀尖要高于中心0.1mm左右，精车时，刀尖应等于或略低于中心，不要超过0.1mm。
3 结论
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。以上是论述是我由多年工作经验总结仅供参考，最终使操作者在操作中能更能好掌握这项技能，有不当之处，请指教。
关键词：细长轴；切削用量；刀具角度
1 细长轴的加工特点
1.1 在切削过程中，工件受切削热影响伸长会产生弯曲变形。
1.2 工件受切削力作用产生弯曲，从而引起振动，影响工件的精度和表面粗糙度。
1.3 由于工件自重、变形、振动、影响工件的圆柱度和表面粗糙度。
1.4 工件高速旋转时，在离心力的作用下，加剧工件弯曲与振动。因此，切削速度不能过高。
2 提高细长轴加工精度的措施
2.1 选择合适的装夹方法
减少装夹接触面积，工件用卡盘夹住，轴端伸入卡盘内约15-20mm。在卡爪与工件之间垫入圆柱销，如下图所示。这样工件与卡盘爪之间为线接触，能起万向调节作用，避免被长卡盘爪夹死而引起弯曲变形。在切削过程中，要随时注意顶尖的支顶松紧程度。其检查方法是：开动车床使工件旋转，用右手拇指和食指捏住回转顶尖转动部分顶尖能停止转动。当松开手指时，顶尖能恢复转动，这就说明顶尖的松紧适当。
2.2 直接减少细长轴受力变形
（1）采用跟刀架和中心架
采用一夹一顶的装夹方式车削细长轴，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。
（2）采用反向切削法车削细长轴
改进车削方法，采用反向进给车削细长轴车削细长轴时，采用反向进给改变进给方向，使工件由受压转变为受拉伸。当采用大进给量切削时，进给抗力较大，使工件从卡盘端到车刀之间内部产生见大的拉应力，能有效地减少工件的径向圆跳动，消除大幅度的振动，有利获得较高的精度和较小的表面粗糙度值。
（3）使用雙刀切削法车削细长轴
使用双刀切削法车削细长轴，用双刀切削法车削细长轴可使俩刀的背向力相互抵消，这样可减少工件的弯曲变形。俩刀尖距就是工件的直径，车出的工件圆柱度误差小。
应用双刀切削法时，应将车床中滑板改装成有前后俩个刀架，前刀架正装一把刀，后刀架反装一把刀。中滑板丝杠采用一端为右旋螺纹，一端为左旋螺纹，转动丝杠时，能使俩刀架同时进刀或退刀。
2.3 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是不同的。（如表1）
（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
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
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。
2.4 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，主偏角、前角和刃倾角对切削力的影响最大。
主偏角。其大小影响着三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，三个切削分力的比例关系比较合理。在车削细长轴时，车刀的主偏角取80°-95°，以减小切削径向分力，减少细长轴的弯曲。
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°～30°以减小切削力。
刃倾角。倾角影响着车削过程中切屑的流向、刀尖的强度及三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，三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。
其他。减小切屑刃表面粗糙值，刀刃保持锋利。不磨刀尖圆弧过渡刃和倒棱，或磨得很小、保持刀刃的锋利，减小径向切削力。粗车时，刀尖要高于中心0.1mm左右，精车时，刀尖应等于或略低于中心，不要超过0.1mm。
3 结论
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。以上是论述是我由多年工作经验总结仅供参考，最终使操作者在操作中能更能好掌握这项技能，有不当之处，请指教。