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利用普通車床加工細長杆零件的工藝改進

2017-11-15 來源：包頭職業技術學院車（chē）輛係作者：賈玉梅

　　摘　要：通過改進細（xì）長杆零件裝夾方法、跟刀架的結構及調整方法，優化刀具的幾何參數，改變刀具（jù）的（de）安裝（zhuāng）位置和車削走刀方向後，加工完成的細長杆零件尺寸精度、形狀（zhuàng）精度等加工精度滿足（zú）圖樣要求，省去了成（chéng）品校（xiào）直工序，降低了加工成本，縮短了加工周期，提高了生（shēng）產效率。

關鍵詞：零件；刀（dāo）架；刀具；加工精度（dù）

　所謂細長杆是（shì）指（zhǐ）零件的長度（dù）Ｌ與直徑ｄ之比≥２５。與一般的軸類零件相比，細長杆零件存在工件細長、剛（gāng）度差及受熱影響變形較大的特點（diǎn），這給車削加工帶來很大的困難，不容易獲得良好（hǎo）的幾（jǐ）何精度［１－２］。在普通車床上的常規車（chē）削方法是：先將細（xì）長杆零件裝夾於車床主軸箱（xiāng）的三爪自定心卡（kǎ）盤和尾座的頂尖之間，然後在中（zhōng）心（xīn）架、跟刀架的配合下，采用（yòng）正向切削法用標準刀（dāo）具進（jìn）行車削。由於細長杆零件本身結構的特點以及加工工藝的（de）原因，車削完成的細長杆零件有較大的彎曲變形［３－４］。為了使零件（jiàn）達到圖樣要求的精度，應增（zēng）加校直工序，零件精度要求越（yuè）高（gāo），校直的次數越多。盡管經過（guò）了校直工序，有些細長杆零件還是因（yīn）為不能滿足圖（tú）樣要求而報廢。

1　、改進加工工藝技術方案

加工工藝改（gǎi）進方（fāng）案如下；

１）細長杆零件夾緊措施。用卡爪定心、夾緊細長杆零件時，在３個卡爪與零件的接觸麵之間分別墊１個４～６ｍｍ的鋼絲段，細長杆零件裝入卡爪的（de）長度為１５～２０ｍｍ，鋼絲段（duàn）橫向放入（rù）卡爪的防滑槽（cáo）內,

　２）跟刀（dāo）架（jià）的結構形式及調整（zhěng）順序。跟刀架采用（yòng）３個支承爪結構，調整順序依次為：後支承爪→上支承爪→下支承爪。

３）車刀安裝位置。粗車時，刀尖應高（gāo）於細長杆零件（jiàn）軸向中心線０．４～０．６ｍｍ；精車時，刀尖應低於細長杆零件軸（zhóu）向中心（xīn）線０．１～０．２ｍｍ。

４）走（zǒu）刀方向。走刀方向為反向切削。

５）尾座頂尖預緊（jǐn）力的調整。車（chē）刀參與切削前，尾座頂尖預緊力的調整方法如下：用手捏住轉動的尾座頂（dǐng）尖，尾（wěi）座頂尖即（jí）停止轉動，而細長杆零件仍然轉動；鬆手後，尾座頂尖能隨著細長杆零件繼續（xù）同步旋轉（zhuǎn），尾座頂尖的頂（dǐng）緊力達到這（zhè）種狀態（tài）時開始進行切削工序（xù）。

６）車刀幾何參數。主偏角７５°～８０°、前角２０°～３０°、刃（rèn）傾角３°～５°、主後（hòu）角１０°～１５°、副後角２°～３°，前刀麵磨Ｒ１．５～Ｒ３ｍｍ的斷屑槽，刀尖圓弧半徑＜０．３ｍｍ。

７）熱處理（lǐ）。粗加工後熱處理：中溫時效溫度（dù）４００℃，保溫４ｈ，隨爐冷卻（què）；彎曲度若不滿足要求，需要增加校直（zhí）工（gōng）序，之後低溫時效溫度２００～２４０℃，保溫２～３ｈ，隨爐冷卻。

2、改進加工工藝與常規加（jiā）工工藝（yì）對比

２．１　裝夾方法

常規的裝夾方法，三爪和頂尖將細長杆零件剛性夾緊，所以在車削過程中，細（xì）長杆零（líng）件由於（yú）切（qiē）削（xuē）力（lì）、切削熱及自重的影（yǐng）響而產生的變形無法調整，切削過程中這（zhè）種變形的不斷積累，必然導致（zhì）細長杆零件產生嚴重的彎曲變形。改（gǎi）進的裝夾方法，用卡（kǎ）爪定心、夾緊細長杆零件時，在３個卡爪與細長杆零件的接（jiē）觸麵之間分別墊１個５ｍｍ的鋼絲段。細（xì）長（zhǎng）杆零件（jiàn）裝入卡爪的長度（dù）為（wéi）１５～２０ｍｍ，鋼絲段（duàn）橫向放入卡爪的防滑槽內，由於鋼絲段為柔（róu）性結構，所以當細長杆零件在切削狀態產生熱變形時，可以起到方向調節的作用，或在細長杆零件靠近卡爪處車一（yī）段“縮（suō）頸”，也可以實現方向調節的目的。這些措施（shī）的實施，可以有效控製細長杆零件（jiàn）在車削過程中的變形（xíng），從而減小或避免細長（zhǎng）杆零件的彎曲（qǔ）變形。

２．２　車削的走刀方向

常規的走刀方向為（wéi）正向切削，即從（cóng）尾座向主軸箱（xiāng）方向的切削，切削產生的軸向分（fèn）力（lì）指向主軸箱，由於細長杆零件剛性裝夾於三爪自定心卡（kǎ）盤上，無法消除切削產生的軸向（xiàng）分力，這就使（shǐ）細長杆（gǎn）零件受壓而產生彎曲變形。

改進的走刀方向為反向切削，即從（cóng）主軸箱向尾座方向的切削，切削產生（shēng）的軸向（xiàng）分力指向尾座，此時如果尾座頂尖的頂緊力合適，將會平衡掉這個軸向分力（lì），從而使細（xì）長杆零件受熱伸長後的變形量得以（yǐ）釋（shì）放，從而避免細長杆零件的彎曲變形。

２．３　尾座頂尖預緊力的調整

車刀（dāo）參與切削前，用手捏住旋（xuán）轉（zhuǎn）的尾座頂尖，尾座頂尖即停止旋轉，而細長杆零件仍然旋轉；鬆手後（hòu），尾（wěi）座頂尖能隨著細長杆（gǎn）零件繼續（xù）同步旋轉，尾座頂（dǐng）尖的預緊力達到這（zhè）種狀態時，就可以使細長杆零件受熱伸長後的變形量隨著尾（wěi）座頂尖預緊力的變化而釋放。

２．４　跟刀架的安裝

２．４．１　跟刀架（jià）的（de）結構（gòu）

常（cháng）規的跟刀架結（jié）構為２個支承（chéng）爪結構，上麵１個，後麵１個。細長杆零件由於沒有對稱的平衡力夾緊，所以在車削過程中，由於本身的重力及不可避免的彎曲，會因（yīn）離（lí）心力瞬時離開或接觸支承（chéng）爪而產生振動，從而不能保證（zhèng）細長杆零（líng）件加工的尺寸精度和形狀精度（dù）。

改進的跟刀架結構為３個支承爪結構：上（shàng）支（zhī）承爪、下支承爪和後支承爪。跟刀（dāo）架（jià）的３個支承爪與車刀組成（chéng）２對平衡的徑向力，使細長杆零件在車削時，上下、前後都不能移動，車削過程穩定，不易產生振動（dòng），從而保證了細長（zhǎng）杆零件加工的（de）尺寸精度、形狀精度和表麵粗糙度要求。

２．４．２　支承爪的調整順序

跟刀架支承（chéng）爪的調整，先調整後支承爪，即與車刀相對的支承爪，以確保刀具的切削位置，再順序調整上支承爪和下支承爪，保證工件重力方向支承和夾緊（jǐn）的平（píng）衡性。調整時，綜合運用手感、耳聽和目（mù）測等方法，使（shǐ）跟刀架的支承爪剛好接觸細長杆零件。如果跟刀架的支承爪和細長（zhǎng）杆零件接觸壓力過大，會把細長杆零件車成竹節形，反之則不能起到跟刀架（jià）的作用。

２．４．３　基準外圓的車削

裝夾細長杆零件後，在靠近三爪自定心卡盤（pán）處車（chē）長度約４０ｍｍ的基準外圓，用於安裝跟刀架。切削量大小視細長杆零件毛坯（pī）料的實際情況而定。

２．５　車刀的幾何參數

常規車刀的幾何參數為：前角１０°～１５°、主（zhǔ）偏角８０°～９３°、刃傾角０°、主後角６°～８°。改進車刀的幾何參數如下：１）為減小細長杆零件彎曲變形，車削過程中徑向切削力（lì）越小越好，合理的車刀主偏角為７５°～８０°；２）為減小（xiǎo）切削力和切削熱，應選擇較大的車刀前（qián）角２０°～３０°；３）車刀前刀麵磨Ｒ１．５～Ｒ３ｍｍ的斷屑槽，使切（qiē）削順（shùn）利卷（juàn）曲折斷；４）車刀刃傾角選擇（zé）３°～５°，使切屑流向至待加工表麵；５）車刀（dāo）切削刃表麵（miàn）粗（cū）糙度＞Ｒａ０．４μｍ，並要經常保持鋒利；６）為降低車刀（dāo）的（de）磨損，選較大的（de）主後角１０°～１５°，另外在車（chē）刀主（zhǔ）後角的最前端即（jí）從刀尖開始磨出副後（hòu）角２°～３°，副後角可起到支承工件，有效減小徑向（xiàng）切削（xuē）力，使加工平穩的作用，刀尖圓弧半徑＜０．３ｍｍ。

２．６　車刀的安裝位置

在常規（guī）車削時，刀具的刀尖與細長杆零件的軸向中心線齊平，很容易出（chū）現紮刀現象。

改進的（de）裝刀位置：粗（cū）車工（gōng）序，裝刀時刀尖應高於細長杆零件軸向中心線０．５ｍｍ，可避免產生紮（zhā）刀現象；精車工序，裝刀時刀尖應低於細長杆零件軸向中心線０．１ｍｍ，可起到支（zhī）承零件的作用（yòng），使車削過程更（gèng）加平穩、可靠（kào），車削效果更（gèng）好。

２．７　車刀材料及規格

粗車工序（xù）選用耐磨性好的硬質合金車刀（ＹＴ１５、ＹＴ３０）。精車（chē）工序選用高速鋼（gāng）寬刃車刀（Ｗ１８Ｃｒ４Ｖ寬刃車刀（dāo）），可進行大走刀量切削，從而提（tí）高細長杆零件的尺寸精（jīng）度，降（jiàng）低表麵粗糙度（dù）。刀具材料與（yǔ）常規車削選用的相同，但精加工時選用的刀（dāo）具規格不同，即寬刃車刀。

３　、裝夾結構示意圖

裝夾結構示意圖如圖１所示，局部放大示（shì）意圖如圖２所示。

圖１　裝夾結構（gòu）示意圖

圖２　裝夾結構局部放大示意（yì）圖

４、結語

通過改進細長杆零件裝夾方法（fǎ），改（gǎi）變車削的走刀方向和刀具的安裝位置，改進跟刀架（jià）的結構及調整方法，優化刀具的幾何參數（shù），加工完成的細長杆零件尺寸（cùn）精度、形狀精度等加工精度滿足圖（tú）樣要求，省去了成品校直的工序，降低了加工（gōng）成本，縮短了加工周期，提高了生產效率。

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