多級(jí)離心泵SM型水泵軸的車(chē)削加工

周隆興

（安徽建設(shè)學(xué)校，安徽 合肥 230051）

在機(jī)械加工生產(chǎn)中，工件的長(zhǎng)度與直徑之比大于25的軸類(lèi)為細(xì)長(zhǎng)軸，以多級(jí)離心水泵軸為例，細(xì)長(zhǎng)軸與一般軸類(lèi)相比，存在工件剛性差，對(duì)切削力、切削熱和振動(dòng)都十分敏感。在車(chē)削加工時(shí)，很容易產(chǎn)生熱變形伸長(zhǎng)，工件容易發(fā)生彎曲變形、振動(dòng)，而工件本身的自重和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)在離心力的作用下又會(huì)使工件的變形和振動(dòng)增大，形狀精變和表面粗糙度都很難保證。由于切削加工中，切削用量較小，加工時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)刀具的磨損也比較嚴(yán)重，從而又使工件的形狀誤差增大。在整個(gè)加工工藝過(guò)程中，不論哪一環(huán)節(jié)處理不當(dāng)，就容易出現(xiàn)很多問(wèn)題，而主要問(wèn)題就在于零件剛性和熱變形伸長(zhǎng)，因此，在車(chē)間加工過(guò)程中，不論對(duì)機(jī)床的精度，工具的應(yīng)用，刀具的角度及切削用量的選擇都有較高的要求，是一項(xiàng)工藝性較強(qiáng)的綜合技術(shù)。根據(jù)本人幾年來(lái)在實(shí)際教學(xué)和生產(chǎn)中得到的經(jīng)驗(yàn)，我覺(jué)得可以從以下幾個(gè)方面說(shuō)一下SM 型水泵軸在車(chē)削加工時(shí)減少振動(dòng)的方法。

零件分析

多級(jí)離心泵SM 型水泵軸（見(jiàn)下圖）為細(xì)長(zhǎng)軸結(jié)構(gòu)，零件形狀簡(jiǎn)單，但尺寸精度和形位公差要求較高，在車(chē)床上進(jìn)行車(chē)削加工時(shí)，會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題，如：

1.工件剛性差，在車(chē)削加工時(shí)如果裝夾時(shí)容易因切削力和切削熱，高速旋轉(zhuǎn)時(shí)工件受自身重力的影響，發(fā)生彎曲變形，產(chǎn)生振動(dòng)，從而降低車(chē)削加工精度，表面粗糙度也難以得到很好的保證。

2.在切削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，產(chǎn)生的切削熱，會(huì)引起工件熱伸長(zhǎng)。由于在車(chē)削過(guò)程中，三爪卡盤(pán)和尾座頂尖之間的距離是固定的。這樣在加工時(shí)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。

3.加工細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)由于軸較長(zhǎng)，每次走刀時(shí)間相對(duì)時(shí)間長(zhǎng)，刀具磨損相對(duì)較大，從而影響了零件的幾何形狀精度。

4.加工細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)要保證精度，必要時(shí)要使用跟刀架，若兩個(gè)支承爪在支承工件的對(duì)零件壓力不適當(dāng)，會(huì)影響加工精度，會(huì)把細(xì)長(zhǎng)的工件車(chē)成“竹節(jié)”形。由于工件的剛性差，給切削加工帶來(lái)困難，不易獲得良好的尺寸、表面粗糙度和幾何精度。我們?cè)趯?shí)踐中，經(jīng)過(guò)不斷摸索，采用各種裝夾裝置，選擇適當(dāng)?shù)牡毒邘缀螀?shù)、切削用量等有效措施，提高了細(xì)長(zhǎng)軸的剛性，減小了切削力和切削熱，滿(mǎn)足細(xì)長(zhǎng)軸加工要求。圓柱度誤差在0.04 mm 內(nèi)，表面粗糙度達(dá)到Ra1.6，圓度達(dá)到0.01 mm，直線(xiàn)度在0.10 mm內(nèi)，大大提高了效率。

車(chē)削細(xì)長(zhǎng)軸的裝夾裝置

1.工件的裝夾

粗加工采用一夾一頂方式進(jìn)行車(chē)削時(shí)，卡盤(pán)的夾持部分不應(yīng)太長(zhǎng)，一般在15 mm左右，并在卡盤(pán)與工件之間墊一個(gè)直徑為4 mm 的鋼絲，將鋼絲繞在工件上后，墊入卡盤(pán)的凹槽中，使工件與卡盤(pán)成為線(xiàn)接觸，使工件的位置可以在卡盤(pán)內(nèi)自由調(diào)節(jié)，這樣在切削過(guò)程中，發(fā)生熱變形也不會(huì)因?yàn)榭ūP(pán)夾死而產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象。

精加工為保證同軸度要求，采用兩頂尖裝夾，為彌補(bǔ)零件的熱變形伸長(zhǎng)，頂尖應(yīng)采用彈性回轉(zhuǎn)頂尖，使用時(shí)頂尖不能頂?shù)锰?，否則起不到彈性補(bǔ)償作用，松緊程度應(yīng)在車(chē)床主軸和工件旋轉(zhuǎn)時(shí)用手的拇指和食指捏住頂尖轉(zhuǎn)動(dòng)部位時(shí)頂尖停止轉(zhuǎn)動(dòng)，松開(kāi)后頂尖應(yīng)能恢復(fù)旋轉(zhuǎn)，說(shuō)明頂尖松緊程度合適。采用從主軸到尾座的反向走刀方式，使零件在車(chē)削過(guò)程中受拉應(yīng)力。在尾座裝彈性活絡(luò)頂針，當(dāng)工件受熱膨脹時(shí)，頂針能作一定的軸向位移。

2.跟刀架支撐爪的修整與調(diào)整

如果要讓跟刀架和機(jī)床刀架相對(duì)固定，車(chē)刀移動(dòng)時(shí)跟刀架就要跟著移動(dòng)，相當(dāng)于增加工件的剛度，減少零件變形，從而保證了表面粗糙度要求和提高細(xì)長(zhǎng)軸的形狀精度。為使工件與跟刀架保持良好的接觸剛性，修磨支承爪弧面與工件充分接觸，切削時(shí)為滑動(dòng)配合。在修磨跟刀架的支承塊時(shí)，在主軸和頂尖之間安裝與工件直徑相同的鉸刀，將跟刀架移動(dòng)到鉸刀的修光刃處，用調(diào)整手柄將支撐爪與鉸刀接觸進(jìn)行切削，這樣支承爪弧面的圓弧就與要加工的工件半徑一致了。

支撐爪與工件的接觸要松緊適當(dāng)，調(diào)節(jié)支撐爪時(shí)，應(yīng)在工件旋轉(zhuǎn)后綜合運(yùn)用手感、聽(tīng)力、觀(guān)察的方法去控制支撐爪，使其輕微接觸到工件的外圓為止，要求各支撐爪都能與工件保持相對(duì)的合理間隙，使工件可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)。

合理地選擇切削用量

切削用量選擇的是否合理，對(duì)加工零件時(shí)產(chǎn)生的切削力和切削熱都是不同的。從而對(duì)車(chē)削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)引起的工件變形也是不同的。

1.背吃刀量（ap）

隨著背吃刀量的變化，車(chē)削時(shí)產(chǎn)生的切削力、切削熱隨之變化，當(dāng)背吃刀量增大時(shí)切削力、切削熱隨之增大，同時(shí)細(xì)長(zhǎng)軸的承受力、受熱變形相應(yīng)增大。因此在車(chē)削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，最好采用較小的背吃刀量。本零件粗加工時(shí)，背吃刀量選2 mm，半精加工時(shí)選1.5 mm，精加工時(shí)選0.4 mm～0.6 mm。

2.進(jìn)給量（f）

進(jìn)給量增大就是單位時(shí)間內(nèi)切削厚度增加，切削力相應(yīng)增大。但切削力只是略有增大，不是按正比增加的，因此細(xì)長(zhǎng)軸的受力變形系數(shù)有所下降。因此增大進(jìn)給量比增大切削深度有利提高切削效率。本零件粗加工時(shí)，進(jìn)給量選0.3mm/r，半精加工時(shí)選0.2mm/r，精加工時(shí)選0.1mm/r。

3.切削速度（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，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，但切削溫度相對(duì)提高。但提高切削速度又容易使細(xì)長(zhǎng)軸在離心力作用下出現(xiàn)彎曲，平穩(wěn)性相對(duì)而言有所降低，所以切削速度應(yīng)控制在有效的合適的范圍。對(duì)長(zhǎng)徑比較大的零件，切削速度要適當(dāng)降低。我們?cè)诩庸に幂S粗加工時(shí)，轉(zhuǎn)速選500 r/min，半精加工時(shí)選650 r/min，精加工時(shí)選700 r/min。

選擇合理的刀具角度

合理的刀具角度能夠減小車(chē)削細(xì)長(zhǎng)軸產(chǎn)生的彎曲變形，車(chē)削時(shí)產(chǎn)生的切削力越小變形就越小，而刀具的前角、主偏角和刃傾角對(duì)切削力的影響最大。

1.角（γ）其大小直接影響著切削力、切削溫度和切削功率。增大前角，可以減小切削金屬層的塑性變形，切削力減小。增大前角切削力明顯降低，所以在車(chē)削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，在保證刀具強(qiáng)度的前提下，盡量使用前角大的刀具，我們一般取前角γ=20°左右。

2.主偏角（kr）其大小影響著3 個(gè)切削分力的大小和比例關(guān)系。在車(chē)削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，一般采用93°的主偏角。隨著主偏角的增大，徑向切削力明顯減小。

3.刃傾角（λs）傾角影響著車(chē)削時(shí)排屑的方向、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。在車(chē)削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，常采用正刃傾角+3°～+8°，這樣就使切屑排向待加工表面。

結(jié)論

通過(guò)對(duì)SM型水泵軸零件的認(rèn)真研究，抓住該類(lèi)零件的加工特點(diǎn)，根據(jù)特點(diǎn)采用科學(xué)的加工方法，刃磨出適合細(xì)長(zhǎng)軸車(chē)削的車(chē)刀，并科學(xué)的選用切削用量，避免了加工細(xì)長(zhǎng)軸容易出現(xiàn)的問(wèn)題，加工出了合格的產(chǎn)品。以上是我在教學(xué)和生產(chǎn)中積累的一些粗淺認(rèn)識(shí)，在實(shí)際加工中也發(fā)揮了作用，有效地保證了加工質(zhì)量，減少了我校辦廠(chǎng)加工SM 型水泵軸在車(chē)床上車(chē)削時(shí)的廢品率，生產(chǎn)效率有所提高，經(jīng)裝配后驗(yàn)證，每個(gè)部位的精度都達(dá)到了使用要求，使用效果良好，使用單位也比較滿(mǎn)意。