數(shù)控技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文細(xì)長軸車削加工工藝畢業(yè)論文

1、鄭州交通職業(yè)學(xué)院畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)）論文（設(shè)計(jì)）題目：細(xì)長軸車削加工工藝 所屬系別 專業(yè)班級(jí) 數(shù)控技術(shù) 姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 xxx 撰寫日期 2012 年 5 月摘 要針對(duì)影響加工細(xì)長軸零件精度不高等因素，分析了如何提細(xì)長軸零件的加工精度，給出解決問題的具體方法。關(guān)鍵詞: 細(xì)長軸，變形，裝夾，精度abstract slender shaft machining precision parts is not higher factor analysis of how to mention the slender shaft parts machining accuracy, given a

2、 specific way to solve the problem.key words：slender shaft, deformation, clamping, accuracy目錄1引言52細(xì)長軸車削的工藝特點(diǎn)53引起細(xì)長軸產(chǎn)生彎曲變形的原因63.1切削力導(dǎo)致變形63.1.1徑向切削力pz的影響63.1.2軸向切削力px的影響73.2切削熱產(chǎn)生的影響74加工前的準(zhǔn)備工作84.1機(jī)床的調(diào)整84.2跟刀架調(diào)整84.3棒料的校直95提高細(xì)長軸加工精度的措施95.1選擇合適的裝夾方法95.1.1雙頂尖法裝夾法95.1.2一夾一頂?shù)难b夾法95.1.3雙刀切削法105.1.4采用跟刀架和中心架105

3、.1.5采用反向切削法車削細(xì)長軸105.2選擇合理的刀具角度115.3采用中心架和跟刀架125.3.1用中心架支承車細(xì)長軸:125.3.2 用跟刀架支承車細(xì)長軸:135.4墊塊145.5采用反向切削法車削細(xì)長軸156合理地控制切削用量166.1切削深度(t)166.2進(jìn)給量(f)176.3切削速度(v)177 選擇合理的刀具角度177.1前角()177.2主偏角(kr)177.3刃傾角(s)188加工時(shí)過程中的變形問題188.1切削力導(dǎo)致變形188.2切削熱產(chǎn)生的影響188.3裝夾不當(dāng)引起的變形199 結(jié)論19參考文獻(xiàn)20致 謝21附錄1：附錄一題目22附錄2：附錄二題目231引言 長度與之直

4、徑比大于2025(即l/d2025)的軸稱之為細(xì)長軸。這類零件一般在車床上進(jìn)行加工。在車削過程中，由于其剛性差，在切削力和切削熱的作用下，細(xì)長軸很容易產(chǎn)生彎曲變形，這樣就破壞了刀具和零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性，使加工出來的細(xì)長軸產(chǎn)生中間粗、兩頭細(xì)的形狀，嚴(yán)重影響零件的加工精度.同時(shí)細(xì)長軸產(chǎn)生彎曲變形后，還會(huì)引起工藝系統(tǒng)振動(dòng)，影響零件的粗糙度。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)的受力及受熱變形的問題。因此，采用反向進(jìn)給車削，配合以最佳的刀具幾何參數(shù)、切削用量、拉緊裝置和軸套式跟刀架等一系列有效措施。 以提高細(xì)長軸的剛性，得到

5、良好的幾何精度和理想的表面粗糙度，保證加工要求。 2細(xì)長軸車削的工藝特點(diǎn)細(xì)長軸剛性很差，車削時(shí)裝夾不當(dāng)，很容易因切削力及重力的作用而發(fā)生彎曲變形，產(chǎn)生振動(dòng)，從而影響加工精度和表面粗糙度。細(xì)長軸的熱擴(kuò)散性能差，在切削熱作用下，會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的線膨脹。如果軸的兩端為固定支承，則工件會(huì)因伸長而頂彎。由于軸較長，一次走刀時(shí)間長，刀具磨損大，從而影響零件的幾何形狀精度。車細(xì)長軸時(shí)由于使用跟刀架，若支承工件的兩個(gè)支承塊對(duì)零件壓力不適當(dāng)，會(huì)影響加工精度。若壓力過小或不接觸，就不起作用，不能提高零件的剛度：若壓力過大，零件被壓向車刀，切削深度增加，車出的直徑就小，當(dāng)跟刀架繼續(xù)移動(dòng)后，支承塊支承在小直徑外圓處，支

6、承塊與工件脫離，切削力使工件向外讓開，切削深度減小，車出的直徑變大，以后跟刀架又跟到大直徑圓上，又把工件壓向車刀，使車出的直徑變小，這樣連續(xù)有規(guī)律的變化，就會(huì)把細(xì)長的工件車成“竹節(jié)”形。造成機(jī)床、工件、刀具工藝系統(tǒng)的剛性不良給切削加工帶來困難，不易獲得良好的表面粗糙度和幾何精度。 3引起細(xì)長軸產(chǎn)生彎曲變形的原因 在車床上車削細(xì)長軸采用的傳統(tǒng)裝夾方式主要有兩種：一種方式是細(xì)長軸的一端用卡盤夾緊，另一端用車床尾架頂尖支承(一夾一頂)；另一種方式是細(xì)長軸的兩端均由頂尖支撐(雙頂尖)。主要分析一夾一頂?shù)难b夾方式.其力學(xué)模型如圖1所示。圖1 一夾一頂裝夾方式及力學(xué)模型通過分析研究，車削引起細(xì)長軸彎曲變形

7、的原因主要有：3.1切削力導(dǎo)致變形在車削過程中，產(chǎn)生的切削力可以分解為軸向切削力px、徑向切削力pz。不同的切削力對(duì)車削細(xì)長軸時(shí)產(chǎn)生彎曲變形的影響是不同的。3.1.1徑向切削力pz的影響 徑向切削力是垂直作用在通過細(xì)長軸軸線水平平面內(nèi)的，由于細(xì)長軸的剛性較差，徑向力將會(huì)把細(xì)長軸頂彎，使其在水平面內(nèi)發(fā)生彎曲變形.徑向切削力對(duì)細(xì)長軸彎曲變形的影響，見圖1。 3.1.2軸向切削力px的影響 軸向切削力是平行作用在細(xì)長軸軸線方向上的，它對(duì)工件形成一個(gè)彎矩。對(duì)于一般的車削加工，軸向切削力對(duì)工件彎曲變形的影響并不大，可以忽略。但是由于細(xì)長軸的剛性較差，其穩(wěn)定性也較差，當(dāng)軸向切削力超過一定數(shù)值時(shí)，將會(huì)把細(xì)長

8、軸壓彎而發(fā)生縱向彎曲變形。如圖2所示。圖2 軸向切削力的影響及力學(xué)模型3.2切削熱產(chǎn)生的影響車削加工產(chǎn)生的切削熱，會(huì)引起工件熱伸長。由于在車削過程中，卡盤和尾架頂尖都是固定不動(dòng)的，因此兩者之間的距離也是固定不變的。這樣細(xì)長軸受熱后的軸向伸長量受到限制，導(dǎo)致細(xì)長軸受到軸向擠壓而產(chǎn)生彎曲變形。 因此可以看出，提高細(xì)長軸的加工精度問題，實(shí)質(zhì)上就是控制工藝系統(tǒng)的受力及受熱變形的問題。 4加工前的準(zhǔn)備工作4.1機(jī)床的調(diào)整細(xì)長軸的加工過程需要使用床身導(dǎo)軌的全部或大部分，因此機(jī)床本身的精度對(duì)加工效率、質(zhì)量有著相當(dāng)重要的影響。由于機(jī)床導(dǎo)軌面磨損程度不同，因此首先要對(duì)機(jī)床做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。使主軸中心和尾座頂尖中心線

9、與導(dǎo)軌全長平行。4.2跟刀架調(diào)整跟刀架是加工細(xì)長軸及其重要的附件。跟刀架的形式很多，但不管是哪種，其中心都必須與卡盤、尾座頂尖處于同一中心上（如 圖1）。必要時(shí)可將圓柱鉸刀或圓柱銑刀支持在三爪卡盤上，對(duì)跟刀架支撐頭進(jìn)行修正。加工細(xì)長軸時(shí)最好采用三支柱的跟刀架，支柱的材料為普通鑄鐵，因?yàn)檫@種材料的磨損較小能保證加工精度，而且不會(huì)研傷工件表面，能提高工件表面的光潔度。跟刀架爪與工件表面要接觸良好，其壓力大小是由操作者手感控制，不得過緊或過松。過緊，工件隨著走刀，會(huì)產(chǎn)生竹節(jié)形誤差，表面粗糙度加大；過松，工件容易跳動(dòng)產(chǎn)生橢圓形、三菱形、竹節(jié)形等誤差，表面粗糙度也會(huì)增大。圖3 跟刀架架設(shè)示意圖4.3棒料

10、的校直對(duì)于精度要求高的零件要采用熱校直法校直棒料，不宜冷校直，忌錘擊。5提高細(xì)長軸加工精度的措施 在細(xì)長軸加工過程中，為提高其加工精度，要根據(jù)不同的生產(chǎn)條件，采取不同的措施，以提高細(xì)長軸的加工精度。 5.1選擇合適的裝夾方法5.1.1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。但用該方法裝夾細(xì)長軸，其剛性較差，細(xì)長軸彎曲變形較大，而且容易產(chǎn)生振動(dòng).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(tái)階軸類零件的加工。5.1.2一夾一頂?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，除了可能將細(xì)長軸頂彎外，還能阻礙車削時(shí)細(xì)長軸的受熱伸長，導(dǎo)致細(xì)長軸受到軸向

11、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(huì)產(chǎn)生過定位，也能導(dǎo)致細(xì)長軸產(chǎn)生彎曲變形.因此采用一夾一頂裝夾方式時(shí)，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(shí)可在卡爪與細(xì)長軸之間墊入一個(gè)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(shí)的過定位，減少彎曲變形。5.1.3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(shí)進(jìn)行車削。兩把車刀，徑向相對(duì)，前車刀正裝，后車刀反裝。兩把車刀車削時(shí)產(chǎn)生的徑向切削力相互抵消。工件受力變形和振動(dòng)小，加工精度高，適用于批量生產(chǎn)。5.1.4采用跟刀架和中心架采用一夾一頂?shù)难b夾方式車削細(xì)長

12、軸，為了減少徑向切削力對(duì)細(xì)長軸彎曲變形的影響，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(gè)支撐，增加了細(xì)長軸的剛度，可有效地減少徑向切削力對(duì)細(xì)長軸的影響。5.1.5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(shí)，采用彈性的尾架頂尖，可以有效地補(bǔ)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。在車床上車削細(xì)長軸采用的兩種傳統(tǒng)裝夾方式中，采用雙頂尖裝夾，工件定位準(zhǔn)確，容易保證同軸度。但用該方法裝夾細(xì)長軸，其剛性較差，細(xì)長軸彎曲變形較大，而且容易產(chǎn)

13、生振動(dòng).因此只適宜于安裝長徑比不大、加工余量較小、同軸度要求較高的工件。 加工細(xì)長軸通常采用一夾一頂?shù)难b夾方式。但是在該裝夾方式中，如果頂尖頂?shù)锰o，除了可能將細(xì)長軸頂彎外，還能阻礙車削時(shí)細(xì)長軸的受熱伸長，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(huì)產(chǎn)生過定位，也能導(dǎo)致細(xì)長軸產(chǎn)生彎曲變形.因此采用一夾一頂裝夾方式時(shí)，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(shí)可在卡爪與細(xì)長軸之間墊入一個(gè)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(shí)的過定位，減少彎曲變形。如圖4所示。 圖4一夾一頂裝夾方式的改進(jìn)5.2選擇合理的刀具角度

14、為了減小車削細(xì)長軸產(chǎn)生的彎曲變形，要求車削時(shí)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(duì)切削力的影響最大。細(xì)長軸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(shí)得知：當(dāng)前角0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s取負(fù)值時(shí)，徑向分力fr也有所減少。（1）前角(0) 其大小直接著影響切削力、切削溫度和切削功率，增大前角?？梢允贡磺邢鹘饘賹拥乃苄宰冃纬潭葴p小，切削力明顯減小。增大前角可以降低切削力，所以在細(xì)長軸車削中，在保證車刀有足夠強(qiáng)度前提

15、下，盡量使刀具的前角增大，前角一般取0=150 。車刀前刀面應(yīng)磨有斷屑槽，屑槽寬b=3.54mm， 配磨 br1=0.10.15mm，01=-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，因此能減輕和防止細(xì)長軸彎曲變形和振動(dòng)。（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(gè)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(qiáng)度的情況下應(yīng)盡量增大主偏角。主偏角kr=90°（裝刀時(shí)裝成85°88°），配磨副偏角kr'=8°100 。刀尖圓弧半徑s=0.150.2mm，

16、有利于減少徑向分力。（3）刃傾角(s)傾角影響著車削過程中切屑的流向、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。刃傾角在-10°+10°范圍內(nèi)，3個(gè)切削分力的比例關(guān)系比較合理。在車削細(xì)長軸時(shí)，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°60 ，直接減少細(xì)長軸受力變形起防振作用。5.3采用中心架和跟刀架 采用一夾一頂?shù)难b夾方式車削細(xì)長軸，為了減少徑向切削力對(duì)細(xì)長軸彎曲變形的影響，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(gè)支撐，增

17、加了細(xì)長軸的剛度，可有效地減少徑向切削力對(duì)細(xì)長軸的影響。5.3.1用中心架支承車細(xì)長軸:一般在車削細(xì)長軸時(shí)，用中心架來增加工件的剛性，當(dāng)工件可以進(jìn)行分段切削時(shí)，中心架支承在工件中間，如圖5所示。在工件裝上中心架之前，必須在毛坯中部車出一段支承中心架支承爪的溝槽，其表面粗糙及圓柱誤差要小，并在支承爪與工件接觸處經(jīng)常加潤滑油。為提高工件精度，車削前應(yīng)將工件軸線調(diào)整到與機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)中心同軸。如圖5所示：當(dāng)車削支承中心架的溝槽比較困難或一些中段不需加工的細(xì)長軸時(shí)，可用過渡套筒，使支承爪與過渡套筒的外表面接觸，如圖6所示，過渡套筒的兩端各裝有四個(gè)螺釘，用這些螺釘夾住毛坯表面，并調(diào)整套筒外圓的軸線與主軸旋

18、轉(zhuǎn)軸線相重合。5.3.2 用跟刀架支承車細(xì)長軸:對(duì)不適宜調(diào)頭車削的細(xì)長軸，不能用中心架支承，而要用跟刀架支承進(jìn)行車削，以增加工件的剛性，如圖6所示。跟刀架固定在床鞍上，一般有兩個(gè)支承爪，它可以跟隨車刀移動(dòng)，抵消徑向切削力，提高車削細(xì)長軸的形狀精度和減小表面粗糙度，如圖6(a)所示為兩爪跟刀架，因?yàn)檐嚨督o工件的切削抗力fr，使工件貼在跟刀架的兩個(gè)支承爪上，但由于工件本身的向下重力，以及偶然的彎曲，車削時(shí)會(huì)瞬時(shí)離開支承爪、接觸支承爪時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)。所以比較理想的中心架需要用三爪中心架，如圖6(b)所示。此時(shí)，由三爪和車刀抵住工件，使之上下、左右都不能移動(dòng)，車削時(shí)穩(wěn)定，不易產(chǎn)生振動(dòng)。如圖6所示：5.4墊

19、塊除跟刀架裝置外，還可根據(jù)工件長度，在工件下面墊放不等距的木塊(在切削中隨放隨取，保證拖板正常進(jìn)給)，木塊直接墊放在床身上其厚度以能輕微托牢工件為宜，木塊制成半圓弧凹坑，運(yùn)行時(shí)加機(jī)油潤滑。這種墊塊還具有消振作用，如圖7所示。圖 7墊木5.5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，如圖9所示。 圖8反向走刀車削圖9反向切削法加工及力學(xué)模型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(shí)，采用彈性的尾架頂尖，可以有效地補(bǔ)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。 6合理地控制切削用量 切削

20、用量選擇的是否合理，對(duì)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(duì)車削細(xì)長軸時(shí)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。車削細(xì)長軸時(shí)，一般在長徑比及材料韌性大時(shí)，選用較小的切削用量，即多走刀，切深小，以減少振動(dòng)，增加剛性。 6.1切削深度(t)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(shí)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。因此在車削細(xì)長軸時(shí)，應(yīng)盡量減少切削深度。6.2進(jìn)給量(f)進(jìn)給量增大會(huì)使切削厚度增加，切削力增大。但切削力不是按正比增大，因此細(xì)長軸的受力變形系數(shù)有所下降.如果從提高切

21、削效率的角度來看，增大進(jìn)給量比增大切削深度有利。 6.3切削速度(v)提高切削速度有利于降低切削力。這是因?yàn)椋S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細(xì)長軸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(duì)長徑比較大的工件，切削速度要適當(dāng)降低。7 選擇合理的刀具角度 為了減小車削細(xì)長軸產(chǎn)生的彎曲變形，要求車削時(shí)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(duì)切削力的影響最大。 7.1前角() 其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

22、削力明顯減小。 增大前角可以降低切削力，所以在細(xì)長軸車削中，在保證車刀有足夠強(qiáng)度前提下，盡量使刀具的前角增大，前角一般取=15°。7.2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。隨著主偏角的增大，徑向切削力明顯減小，切向切削力在60°90°時(shí)卻有所增大。在60°75°范圍內(nèi)，3個(gè)切削分力的比例關(guān)系比較合理。在車削細(xì)長軸時(shí)，一般采用大于60°的主偏角。 圖10刀具切削幾何角度7.3刃傾角(s)傾角影響著車削過程中切屑的流向、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

23、有所增大。8加工時(shí)過程中的變形問題8.1切削力導(dǎo)致變形在車削過程中，產(chǎn)生的切削可以分解為軸向切削力fx、徑向切削力fy及切向切削力fz，它們將使軸產(chǎn)生水平和縱向方向的彎曲。8.2切削熱產(chǎn)生的影響車削加工產(chǎn)生的切削熱會(huì)引起工件熱伸長，在車床上車削細(xì)長軸采用的傳統(tǒng)裝夾方式主要有兩種：一種是細(xì)長軸的一端用卡盤夾緊，另一端用車尾架尖支撐（一夾一頂）如圖11；圖11 一夾一頂裝夾方式另一種是細(xì)長軸的兩端均由頂尖支撐（雙頂尖）。由于在車削過程中，卡盤和尾架頂尖都是固定不動(dòng)的，這就使細(xì)長軸受熱后的軸向伸長量受限，導(dǎo)致細(xì)長軸受到軸向擠壓而產(chǎn)生彎曲變形。8.3裝夾不當(dāng)引起的變形車細(xì)長軸時(shí)，由于使用跟刀架，若支撐工件的兩個(gè)支撐塊對(duì)零件壓力不適當(dāng)，會(huì)造成軸彎曲變形而影響加工精度。若壓力過小或不接觸，工件產(chǎn)生讓刀現(xiàn)象，切削直徑變大；若壓力過大，零件會(huì)被壓向車刀，切削深度增加，車出的直徑就小。同時(shí)，跟刀架的移動(dòng)會(huì)使支撐塊在小直徑外圓處與工件脫離，切削力使工件向外讓開，切削深度減小，車出直徑變大。到大直徑圓處，又把工件壓向車刀，使車出的直徑變調(diào)，這樣連續(xù)有規(guī)律的變化，會(huì)把細(xì)長的工件車成“竹節(jié)”形，給切削加工帶來困難，不易獲得良好的表面粗糙度和幾何精度。因此