细长轴车削加工论文设计说明

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1、细长轴车削加工工艺作 者：郭靖专 业：数控技术年 级： 0802 数控指导老师：吴跃文答辩日期：成 绩：摘要针对影响加工细长轴零件精度不高等因素，分析了如何提细长轴零件的 加工精度，给出解决问题的具体方法。关键词：细长轴 变形装夹精度通常轴的长度与之直径比大于 2025（即L/d 2025）的轴称之为细长轴 这类零件一般在 车床 上进行加工。 在车削过程中， 由于其刚性差， 在切削力和切 削热的作用下，细长轴很容易产生弯曲变形， 这样就破坏了 刀具和零件相对运动 的准确性，使加工出来的细长轴产生中间粗、 两头细的形状， 严重影响零件的加 工精度. 同时细长轴产生弯曲变形后，还会引起工艺系统振动

2、，影响零件的粗糙 度。目录摘要及关键词、尸、前言一. 细长轴车削的工艺特点 4二. 引起细长轴弯曲变形的原因52.1 切削力导致变形 52.2 切削热产生的影响 6三. 提高细长轴加工精度的措施 63.1选择合适的装夹方法 63.2减少细长轴受力变形 733 采用反向切削法车削细长轴 11四. 合理地控制切削用量 12五. 选择合理的刀具角度13六. 结论 14 细长轴刚性很差，车削时装夹不当，很容易因切削力及重力的作用而发生弯曲变形，产生振动，从而影响加工精度和表面粗糙度。 细长轴的热扩散性能差，在切削热作用下，会产生相当大的线膨胀。如 果轴的两端为固定支承，则工件会因伸长而顶弯。 由于轴较

3、长，一次走刀时间长，刀具磨损大，从而影响零件的几何形状 精度。 车细长轴时由于使用跟刀架，若支承工件的两个支承块对零件压力不适 当，会影响加工精度。 若压力过小或不接触， 就不起作用， 不能提高零件的刚度： 若压力过大，零件被压向车刀，切削深度增加，车出的直径就小，当跟刀架继续 移动后，支承块支承在小直径外圆处， 支承块与工件脱离， 切削力使工件向外让 开，切削深度减小，车出的直径变大，以后跟刀架又跟到大直径圆上，又把工件 压向车刀， 使车出的直径变小， 这样连续有规律的变化， 就会把细长的工件车成 “竹节”形。造成机床、工件、刀具工艺系统的刚性不良给切削加工带来困难， 不易获得良好的表面粗糙

4、度和几何精度。二. 引起细长轴产生弯曲变形的原因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）。主要分析一夹一顶的装夹方式 .其力学模型如图 1 所示。图 1 一夹一顶装夹方式及力学模型通过分析研究，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P乙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PZ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

5、差，径向力将会把细长轴顶弯，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，见图 1。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。如图 2 所示。图 2 轴向切削力的影响及力学模型2. 切削热产生的影响车削加工产生的切削热， 会引起工件热伸长。 由于在车削过程中， 卡盘和尾 架顶尖都是固定不动的， 因此两者之间的距离也是固定不变的。 这样细长轴

6、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。因此可以看出， 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、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。但是在该装夹方

7、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，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。如图3所示。图3 一夹一顶装夹方式的改进2直接减少细长轴受力变形1 ）采用中心架和跟刀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

8、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。a. 用中心架支承车细长轴 :一般在车削细长轴时，用中心架来增加工件的刚性，当工件可以进行分段 切削时，中心架支承在工件中间，如图 5 所示。在工件装上中心架之前，必须 在毛坯中部车出一段支承中心架支承爪的沟槽，其表面粗糙及圆柱误差要小， 并在支承爪与工件接触处经常加润滑油。为提高工件精度，车削前应将工件轴线调整到与机床主轴回转中心同轴。如图 5 所示：图宕用中心架支承车削细长轴当车削支承中心架的沟槽比较困难或一些中段不需加工的细长轴时，可用过渡套筒，使支承爪与过渡套筒的外表面

9、接触，如图 6所示，过渡套筒的两端各装 有四个螺钉，用这些螺钉夹住毛坯表面，并调整套筒外圆的轴线与主轴旋转轴 线相重合。b.用跟刀架支承车细长轴：对不适宜调头车削的细长轴，不能用中心架支承，而要用跟刀架支承进行车削，以增加工件的刚性，如图6所示。跟刀架固定在床鞍上，一般有两个支承 爪，它可以跟随车刀移动，抵消径向切削力，提高车削细长轴的形状精度和减小 表面粗糙度，如图6(a)所示为两爪跟刀架，因为车刀给工件的切削抗力 F r， 使工件贴在跟刀架的两个支承爪上， 但由于工件本身的向下重力，以及偶然的弯 曲，车削时会瞬时离开支承爪、接触支承爪时产生振动。所以比较理想的中心架 需要用三爪中心架，如图

10、6(b)所示。此时，由三爪和车刀抵住工件，使之上下、左右都不能移动，车削时稳定，不易产生振动。如图6所示:亡）跟R架使用1.三爪卡盘 比工件3.眼刀架4顶尖6跟刀架支舞长铀2）垫块除跟刀架装置外，还可根据工件长度，在工件下面垫放不等距的木块（在切削中随放随取，保证拖板正常进给），木块直接垫放在床身上其厚度以能轻微 托牢工件为宜，木块制成半圆弧凹坑，运行时加机油润滑。这种垫块还具有消 振作用，如图7所示。图7垫木3.采用反向切削法车削细长轴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，如图9所示。nuj槊玄承放nuj槊玄承放反向走刀车削图 9 反向切削法加工及力学模型这样

11、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。四. 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。1.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

12、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 (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。五。 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。1.前角(丫)其大小直接着影响切削力、

13、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，前角一般取丫=15。2.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。的主偏角刀具切削几何角度3.刃倾角（入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。六 . 结论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参考文献1、王绍林 . 机械制造工艺与装备. 北京：中国劳动社会保障出版社2、葛中民。机械设计基础北京：中央广播电视大学出版社