細(xì)長軸（中拖板絲杠）的加工工藝分析

摘要：中拖板絲杠的結(jié)構(gòu)特點是細(xì)長，性能特點是剛性差，在加工過程中易彎曲變形，造成較大的加工誤差，降低加工精度，包括尺寸精度、形狀精度、位置精度和表面粗糙度。所以在實際加工中要制定出合理科學(xué)的加工工藝，并且采取措施，優(yōu)化工藝過程，降低加工誤差，保證加工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：細(xì)長軸 車削工藝 變形 預(yù)防措施

一、引言

在機(jī)械加工中中拖板絲杠的長度與直徑之比大于25（即L/D>25），此類零件也稱為細(xì)長軸。在切削力、重力和頂尖頂緊力的作用下，橫置的細(xì)長軸是很容易彎曲甚至失穩(wěn)，提高細(xì)長軸的加工精度問題，就是控制工藝系統(tǒng)的受力及受

熱變形。

因此，本文以實際加工中拖板絲杠為例采用軸向拉夾法車削細(xì)長軸，以合理的刀具幾何參數(shù)、切削用量、拉緊裝置和支撐式跟刀架等一系列有效措施。以提高絲杠的剛性、良好的幾何精度和理想的表面粗糙度，來保證加工要求。

二、細(xì)長軸類零件的工藝特點

1、熱變形大

中拖板絲杠車削時熱擴(kuò)散性差、線膨脹系數(shù)較大。當(dāng)工件兩端頂緊時易產(chǎn)生彎曲變形。

2、剛性差

車削時工件受到切削力、細(xì)長的工件由于自重下垂、高速旋轉(zhuǎn)時受到離心力等都極易使其產(chǎn)生彎曲變形。

3、表面質(zhì)量難以保證

由于工件自重、變形、振動影響工件圓柱度和表面粗糙度。

三、提高中拖板絲杠加工精度的措施

1、裝夾的方法

（1）、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，其剛性較差，彎曲變形較大，而且容易產(chǎn)生振動.因此只適宜于長徑比不大、加工余量較小、同軸度要求較高、多臺階軸類零件的加工。

（2）、一夾一頂?shù)难b夾法

采用一夾一頂?shù)难b夾方式。在該裝夾方式中，如果頂尖頂?shù)锰o，除了可能將絲杠頂彎外，還能阻礙車削時的受熱伸長，導(dǎo)致細(xì)長軸受到軸向擠壓而產(chǎn)生彎曲變形。另外卡爪夾緊面與頂尖孔可能不同軸，裝夾后會產(chǎn)生過定位，也能導(dǎo)致絲杠產(chǎn)生彎曲變形.因此采用一夾一頂裝夾方式時，頂尖應(yīng)采用彈性活頂尖，使細(xì)長軸受熱后可以自由伸長，減少其受熱彎曲變形；同時可在卡爪與細(xì)長軸之間墊入一個開口鋼絲圈，以減少卡爪與細(xì)長軸的軸向接觸長度，消除安裝時的過定位，減少彎曲變形。

（3）、跟刀架

靠卡盤處車出跟刀架支承檔，修磨支承爪后，在軸的尾端倒角45°，以防止車削結(jié)束時刀具崩刃。支承爪的調(diào)整順序依次是下側(cè)、上側(cè)、外側(cè)，且受力均勻。接線應(yīng)準(zhǔn)確，在軸徑接線處要有1：10左右的錐度。逐步增加刀刃的切削力，以避免突然增加造成讓刀或扎刀，產(chǎn)生徑向誤差而引起振動，或出現(xiàn)多邊形及竹節(jié)形。

為防止工件振動，跟刀架支承爪的軸向長度選40～50mm，徑向?qū)挾葹?0～15mm。支承爪材料宜用QT60-2球墨鑄鐵。

2、加工的方法

（1）、雙刀切削法

采用雙刀車削細(xì)長軸改裝車床中溜板，增加后刀架，采用前后兩把車刀同時進(jìn)行車削。

兩把車刀，徑向相對，前車刀正裝，后車刀反裝。兩把車刀車削時產(chǎn)生的徑向切削力相互抵消。工件受力變形和振動小，加工精度高，適用于批量生產(chǎn)。

（2）、采用反向切削法車削細(xì)長軸

反向切削法是指在細(xì)長軸的車削過程中，車刀由主軸卡盤開始向尾架方向進(jìn)給。

這樣在加工過程中產(chǎn)生的軸向切削力使細(xì)長軸受拉，消除了軸向切削力引起的彎曲變形。同時，采用彈性的尾架頂尖，可以有效地補償?shù)毒咧廖布芤欢蔚墓ぜ氖軌鹤冃魏蜔嵘扉L量，避免工件的壓彎變形。

（3）、采用軸向拉夾法車削細(xì)長軸

傳統(tǒng)上采用跟刀架和中心架，相當(dāng)于在細(xì)長軸上增加了一個支撐，雖然能夠增加工件的剛度，基本消除徑向切削力將工件頂彎的影響，但還不能解決軸向切削力把工件壓彎的問題，特別是對于長徑比較大的細(xì)長軸，這種彎曲變形更為明顯。因此，可以采用軸向反向夾拉法車削細(xì)長軸（如下圖）。

軸向夾拉車削是指在車削過程中，細(xì)長軸的一端由卡盤夾緊，另一端由專門的夾拉頭夾緊，夾拉頭給細(xì)長軸施加軸向拉力。在車削過程中，絲杠始終受到軸向拉力，解決了軸向切削力把絲杠壓彎的問題。

同時在軸向拉力的作用下，會使絲杠因徑向切削力引起的彎曲變形程度減?。谎a償了因切削熱而產(chǎn)生的軸向伸長量，提高了絲杠的剛性和加工精度。

3、刀具的角度

為了減小車削時產(chǎn)生的彎曲變形，要求車削時產(chǎn)生的切削力越小越好，而在刀具的幾何角度中，前角、主偏角和刃傾角對切削力的影響最大。

車刀必須保證如下要求：切削力小，減少徑向分力，切削溫度低，刀刃鋒利，排屑流暢，刀具壽命長。從車削鋼料時得知：當(dāng)前角γ0增加10°，徑向分力Fr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λs取負(fù)值時，徑向分力Fr也有所減少。

（1）、前角（γ0）

前角的大小直接著影響切削力、切削溫度和切削功率。增大前角，可以使被切削金屬層的塑性變形程度減小，切削力明顯減小。

增大前角可以降低切削力，所以在車削中，在保證車刀有足夠強度前提下，盡量使刀具的前角增大，前角一般取γ0=15°。車刀前刀面應(yīng)磨有斷屑槽，屑槽寬B=3.5mm左右， 修磨刀刃 br1=0.1～0.15mm，γ01=-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，因此能減輕和防止彎曲變形和振動。

（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，在不影響刀具強度的情況下應(yīng)盡量增大主偏角。主偏角Kr=90°（裝刀時裝成85°～88°），修磨副偏角Kr'=8°～10°，刀尖圓弧半徑γS=0.15～0.2mm，有利于減少徑向分力。

（3）、刃傾角（λs）

傾角影響著車削過程中切屑的流向、刀尖的強度以及3個切削分力的比例關(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個切削分力的比例關(guān)系比較合理。在車削時，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°～6°，起防振作用。

4、切削用量的控制

切削用量的選擇，對切削過程中產(chǎn)生的切削力的大小、切削熱的多少是不同的。因此對車削時引起的變形也是不同的。粗車和半粗車細(xì)長軸切削用量的選擇原則是：盡可能減少徑向切削分力，減少切削熱。車削時，一般在長徑比及材料韌性大時，選用較小的切削用量，即多走刀，切深小，以減少振動，增加剛性。

（1）、背吃刀量 （ap）

在工藝系統(tǒng)剛度確定的前提下，隨著切削深度的增大，車削時產(chǎn)生的切削力、切削熱隨之增大，引起細(xì)長軸的受力、受熱變形也增大。因此在車削時，應(yīng)盡量減少背吃刀量。

（2）、進(jìn)給量（f）

進(jìn)給量增大會使切削厚度增加，切削力增大。但切削力不是按正比增大，因此，絲杠的受力變形系數(shù)有所下降。如果從提高切削效率的角度來看，增大進(jìn)給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。這是因為，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)長軸的受力變形減小。但切削速度過高容易使絲杠在離心力作用下出現(xiàn)彎曲，破壞切削過程的平穩(wěn)性，所以切削速度應(yīng)控制在一定范圍。對長徑比較大的工件，切削速度要適當(dāng)降低。

5、其它措施

（1）、加工前應(yīng)對車床進(jìn)行檢查調(diào)整。

主軸中心和尾座頂尖中心連線與導(dǎo)軌平行；主軸中心與尾座頂尖中心的同軸度公差小于0.02；大、中、小拖板的間隙合適（過松會扎刀）。

（2）、檢查和校直棒料工件。

（3）、消除內(nèi)應(yīng)力，校正中心孔。

（4）、注意車刀的安裝，使車刀的刀尖略高于工件軸線，增加車削的平穩(wěn)性，以防“扎刀”。

（5）、充分澆注切削液

車削細(xì)長軸時，無論是低速切削，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，從而抑制熱變形。

四、結(jié)論

針對以往中拖板絲杠的車削加工進(jìn)行比較看出，傳統(tǒng)工藝由于零件剛性差，車削時產(chǎn)生的受力、受熱變形較大，很難保證絲杠的加工質(zhì)量要求。通過采用軸向拉夾法車削細(xì)長軸，對中拖板絲杠的軸向切削部分使其受拉，因此不易發(fā)生彎曲，且定位的穩(wěn)定性較好，保證了加工精度。同時，選擇合理的刀具角度和切削用量等措施，保證了加工質(zhì)量要求。

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