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利用普通車床（chuáng）加工細長杆零（líng）件的工藝改進

2017-11-15 來源：包頭職（zhí）業技術學院車輛係作（zuò）者：賈玉梅（méi）

　　摘（zhāi）　要：通過改進細長杆零件裝夾方法、跟刀（dāo）架的結構及調整方法，優化刀具的幾何參數，改（gǎi）變刀（dāo）具的安裝位置和車削走刀方（fāng）向後，加工（gōng）完成的細長杆零件尺（chǐ）寸精度、形狀精度（dù）等加工精度（dù）滿足圖樣要求，省去了成品校直工序（xù），降低（dī）了加工成本（běn），縮短了加工周期，提高了生產效率。

關鍵詞：零件；刀架；刀具；加工精度（dù）

　所謂細長（zhǎng）杆是指零件的長度Ｌ與直徑ｄ之比≥２５。與一般的軸類零件相比，細長杆零件（jiàn）存在工件細長、剛度差及受熱影響變（biàn）形較大的特點，這給（gěi）車削加工帶來很大的困難，不容易（yì）獲得良好的幾何精度［１－２］。在普通車床（chuáng）上的常規車削方法是：先將細長（zhǎng）杆零件裝夾於車床主軸箱的三爪自定心卡盤和尾座的頂尖之間，然後在中心架（jià）、跟刀架的（de）配（pèi）合下，采（cǎi）用正向切削法用標準刀具進行車削（xuē）。由於細長杆（gǎn）零件本身結構的特點（diǎn）以及加工工藝的原（yuán）因，車削完成（chéng）的細長杆零件有較（jiào）大的彎曲變形［３－４］。為了使零（líng）件（jiàn）達到圖樣要求的（de）精度，應增加校直工（gōng）序，零件精度要求越高，校直的次數（shù）越（yuè）多。盡（jìn）管經過了校直工序，有些細長杆零件還是因為不能滿足圖樣要求而報廢。

1　、改進加工工藝技術方案

加工工藝改進方案如下；

１）細長（zhǎng）杆零件夾緊措施。用卡爪（zhǎo）定心、夾緊細長杆零件時（shí），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（zhǎng）杆零件裝入卡爪的長度為１５～２０ｍｍ，鋼絲段橫向放入卡爪的防滑槽內,

　２）跟刀架的結構形式及（jí）調整（zhěng）順序。跟刀（dāo）架采用３個支（zhī）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（dāo）安裝（zhuāng）位置。粗車時，刀尖應高於（yú）細長杆零件軸向中心線０．４～０．６ｍｍ；精車（chē）時，刀尖應低於（yú）細長杆零件軸向中心線０．１～０．２ｍｍ。

４）走刀方向。走（zǒu）刀（dāo）方向（xiàng）為反向切削。

５）尾座頂尖預緊力的調整。車刀參與切削前，尾座頂尖預緊力的調整方法如下（xià）：用手捏住（zhù）轉動的尾座頂尖，尾座頂尖即停止（zhǐ）轉動，而細長杆零件（jiàn）仍然轉動（dòng）；鬆（sōng）手後，尾座頂（dǐng）尖能隨著細長杆零件繼續同步旋轉，尾（wěi）座頂尖的頂緊力達到這種狀態時開（kāi）始進行切削工序。

６）車刀幾何參數。主偏（piān）角７５°～８０°、前角２０°～３０°、刃傾（qīng）角３°～５°、主後角１０°～１５°、副後角２°～３°，前（qián）刀麵磨Ｒ１．５～Ｒ３ｍｍ的（de）斷屑槽，刀尖圓弧半徑＜０．３ｍｍ。

７）熱處理。粗加工後（hòu）熱處理：中溫時效溫度４００℃，保溫４ｈ，隨爐冷卻（què）；彎曲度若不滿足要（yào）求，需要增加（jiā）校直工序，之後低（dī）溫時效溫度２００～２４０℃，保溫２～３ｈ，隨爐冷卻。

2、改進加工工藝與常（cháng）規加工工藝對比

２．１　裝夾方法

常規的裝夾方法，三爪和頂尖將細（xì）長杆（gǎn）零件剛性夾緊，所以在車（chē）削（xuē）過程中，細長杆零（líng）件（jiàn）由（yóu）於切削力、切削熱及自重的影響而產生的變形無法調整，切削過程中這種變形的不斷積累，必然（rán）導致細長杆零件產生嚴重的彎曲變形。改進的裝（zhuāng）夾方法，用卡爪定（dìng）心、夾緊細長杆零（líng）件時（shí），在３個（gè）卡爪與細長杆零件的接觸麵之間分別墊１個５ｍｍ的鋼絲段。細長杆（gǎn）零件裝入卡爪的長度為１５～２０ｍｍ，鋼絲段橫向（xiàng）放入卡爪的防滑槽內（nèi），由於鋼絲段（duàn）為柔性結構，所以當細長杆零件在切削狀態產生熱變形時，可以起到（dào）方向調節的作用，或在細長杆（gǎn）零件靠近卡（kǎ）爪處車一段（duàn）“縮（suō）頸”，也（yě）可以（yǐ）實現方（fāng）向調節（jiē）的目的。這些措施的實施，可以有效控製細長杆零（líng）件在車削過程中的變形，從而減小或避免細長杆零件的（de）彎曲變形。

２．２　車削的（de）走刀方向

常規（guī）的走刀方向為正向切削，即從尾座向主軸箱方向的切削，切削產生的軸向分力指向主軸箱，由於細長杆（gǎn）零（líng）件剛性裝夾於三爪自（zì）定心卡盤上，無法消除切削產生的軸向分力，這就使細長杆零件（jiàn）受（shòu）壓而產生彎曲變形。

改進的走刀方向為反向切削，即（jí）從主軸（zhóu）箱向尾座方向的切削，切削產生的軸向分力指向尾座，此時如果尾座頂尖的頂緊力合適，將會平衡（héng）掉（diào）這（zhè）個軸向分力，從而使細長杆零件受熱伸長後的變（biàn）形量得以釋放，從而避免細長杆零件的彎（wān）曲變形。

２．３　尾座（zuò）頂尖預（yù）緊力的調整

車刀參與切削前，用手捏住（zhù）旋轉（zhuǎn）的尾座頂尖，尾座頂尖即停止（zhǐ）旋轉，而細長（zhǎng）杆零件仍然旋轉；鬆手後，尾座頂尖能（néng）隨著細（xì）長杆零件繼續同步旋轉，尾座頂尖的（de）預緊力達到這種狀態時，就可以使（shǐ）細長杆零（líng）件受熱伸長後（hòu）的變形量隨著尾座頂尖預緊力的變化而釋放。

２．４　跟刀架的安裝

２．４．１　跟刀架的結構

常規的跟刀架（jià）結（jié）構為２個支承爪結構，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（suǒ）以在車削過程中，由於本身的重力及不（bú）可避免的彎（wān）曲，會因離心力瞬時離開或接觸（chù）支承爪而產生振動，從而不能（néng）保證細長杆零件加工的尺寸精度和形狀精度。

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

２．４．２　支承（chéng）爪的調整順（shùn）序

跟刀架（jià）支承爪的調整，先調（diào）整後支承爪，即與車刀相對的支（zhī）承爪，以確保（bǎo）刀具的（de）切（qiē）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（xiàng）支承和夾緊的平（píng）衡性。調整時，綜合運用手感、耳聽和目測等方法，使跟（gēn）刀架的支（zhī）承爪剛好接觸細長杆零件。如（rú）果跟刀（dāo）架的支承爪和細長杆零件接觸壓力（lì）過大，會（huì）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（kào）近三爪自定心卡盤處（chù）車長度約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料的實際情況而定。

２．５　車刀的幾何參數

常（cháng）規車刀的幾何參數為（wéi）：前角１０°～１５°、主偏角（jiǎo）８０°～９３°、刃傾角０°、主後角６°～８°。改進車（chē）刀的幾何參數如下：１）為減小細長杆零件彎曲變形（xíng），車削過程中徑向切削力越小越好，合理的（de）車刀主偏角為７５°～８０°；２）為（wéi）減小切削力和（hé）切削熱，應選擇較大的車刀前角２０°～３０°；３）車刀前刀（dāo）麵磨Ｒ１．５～Ｒ３ｍｍ的斷屑槽，使切削順利卷曲折斷；４）車刀刃傾角（jiǎo）選擇３°～５°，使切屑流向至待加工（gōng）表麵；５）車刀（dāo）切削刃表麵（miàn）粗糙度＞Ｒａ０．４μｍ，並（bìng）要經常保持鋒利；６）為降低車刀的（de）磨損，選較大的主後角１０°～１５°，另外在（zài）車刀主後角（jiǎo）的最前端即從刀尖開始磨出副後角２°～３°，副（fù）後角可起到支承工件，有效減小徑（jìng）向切削力，使（shǐ）加工平穩的作用，刀尖圓弧半徑＜０．３ｍｍ。

２．６　車刀（dāo）的安裝位置

在常規車削時，刀具（jù）的刀尖與細長杆零件的軸向中（zhōng）心線齊平，很容易出現紮刀現象。

改進的（de）裝（zhuāng）刀位（wèi）置：粗車工序，裝刀時刀尖應高（gāo）於細長杆零（líng）件軸向中心（xīn）線０．５ｍｍ，可避免產生（shēng）紮（zhā）刀現象（xiàng）；精車工序，裝刀時刀（dāo）尖應低於細長杆（gǎn）零件軸向中心線０．１ｍｍ，可起到支承零件的作用，使車削過程更加平穩、可靠，車削效果更好。

２．７　車刀材料及規格

粗車工序選用耐（nài）磨性好的硬質合金（jīn）車刀（ＹＴ１５、ＹＴ３０）。精車工序選用高速（sù）鋼寬刃車刀（Ｗ１８Ｃｒ４Ｖ寬刃車刀），可進行大走刀量切削，從而提高細長杆零件的尺寸精度，降低表（biǎo）麵粗（cū）糙度。刀具材料與常規車削選用（yòng）的相同，但（dàn）精加工時選用的刀具規格不（bú）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（fàng）大示意圖（tú）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圖

４、結語（yǔ）

通（tōng）過改進細長杆零件裝夾方法，改變車削的走刀方向和刀具的安裝位置，改進跟刀架的（de）結構（gòu）及（jí）調（diào）整方法，優化刀具的幾何參數，加（jiā）工完成的細長杆零件尺寸精度、形狀精度等加（jiā）工精度滿足圖樣要求，省去了成品校直的工序，降低了加工成本，縮短了加工周期，提高了生產效率。

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