利用普通車床加工細長（zhǎng）杆零件的工藝改進
2017-11-15 來源： 包頭職業技術（shù）學院車輛係 作者（zhě）：賈玉梅
摘 要（yào）：通（tōng）過改（gǎi）進細長杆零（líng）件裝夾方法、跟刀架的結構及調整方法（fǎ），優化刀具的幾（jǐ）何參數，改變刀具的安裝位置和車（chē）削走刀方向後，加工（gōng）完成的細長杆零件尺寸精度、形（xíng）狀精度等加工精度滿足圖樣要求（qiú），省去了成品校直工序，降低了加工成本，縮短了加工周期，提高了生產效率。
關鍵詞：零件；刀架；刀具；加（jiā）工精度
所（suǒ）謂細長杆是指零件（jiàn）的長度Ｌ 與直徑ｄ 之比≥２５。與一般的軸類零件相（xiàng）比，細長杆（gǎn）零件存在工件細長、剛度差及受熱影響變形較大（dà）的（de）特點，這給車削加工帶來很大的困難，不（bú）容易獲得良好的幾何精度［１－２］。在普通車床上的常規車削（xuē）方法是：先（xiān）將細長杆零件裝夾於車床主軸箱的三爪自定心卡盤和尾座的頂（dǐng）尖之間，然後在中心架、跟刀架的配合下，采用正（zhèng）向（xiàng）切削法用標準刀具進行車削。由於細長杆零（líng）件本身結構的特點以及加工工藝的原因，車（chē）削完成的細長杆零件有較大的彎曲（qǔ）變形［３－４］。為了使零件達到圖樣要求的精（jīng）度（dù），應增（zēng）加校直工序，零件精度要求越高，校直的次數越多（duō）。盡管經過（guò）了校直工序，有些細長杆零件（jiàn）還是（shì）因為不（bú）能滿足圖樣要求而報廢（fèi）。
1 、改進加工工藝技（jì）術方案
加工工藝改（gǎi）進方案如下；
１）細長杆零件夾緊（jǐn）措施。用卡爪定心、夾緊細（xì）長杆零件時，在３個卡爪與零（líng）件的接觸麵之間分別墊１個４～６ｍｍ的鋼絲段，細長杆零件裝（zhuāng）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調（diào）整順序。跟（gēn）刀架（jià）采用３個支承爪結構（gòu），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（jiān）應高於細長（zhǎng）杆零（líng）件軸向中心線０．４～０．６ｍｍ；精車時，刀尖應低於細長杆零（líng）件軸向中心線０．１～０．２ｍｍ。
４）走刀方向。走刀方向為（wéi）反向切削。
５）尾（wěi）座頂尖預緊力的調整。車刀參與切削（xuē）前，尾座頂尖預（yù）緊力（lì）的調整方法如下：用手捏住轉動的尾座頂尖，尾座（zuò）頂尖即停（tíng）止轉動（dòng），而（ér）細長杆零件仍然轉動；鬆手（shǒu）後，尾座頂尖能隨著細長杆零件繼續同步（bù）旋轉，尾座頂尖的頂緊力達到這種狀態時開始進行切削工序。
６）車刀幾何參數。主偏角７５°～８０°、前角２０°～３０°、刃傾角３°～５°、主後角１０°～１５°、副後角２°～３°，前刀麵磨Ｒ１．５～Ｒ３ｍｍ 的斷屑槽，刀（dāo）尖圓弧半徑＜０．３ｍｍ。
７）熱處理。粗加工後熱處理：中溫（wēn）時效溫度４００℃，保溫４ｈ，隨（suí）爐冷卻；彎曲度若（ruò）不滿足（zú）要求（qiú），需要增加校直工序，之（zhī）後（hòu）低溫時效溫（wēn）度２００～２４０℃，保溫２～３ｈ，隨爐冷卻。
2、改（gǎi）進加工工藝與常規加工工（gōng）藝對（duì）比
２．１ 裝夾方法
常規的（de）裝夾方法，三爪（zhǎo）和頂尖將細長杆零件剛性夾緊，所以在車（chē）削（xuē）過程中，細長杆零件（jiàn）由於（yú）切削力（lì）、切削熱及自重的影響而產生的變形無法（fǎ）調整，切削過程中這種變形的不斷積累，必（bì）然導致細長杆零件產生（shēng）嚴重的彎曲變形。改進的裝夾方法，用卡爪定心、夾緊細長杆零件時，在（zài）３個卡爪與細長杆零件（jiàn）的接觸麵之間分別墊１個５ｍｍ 的鋼絲段。細長杆零件（jiàn）裝入卡爪的長度為１５～２０ｍｍ，鋼絲段橫向放入卡爪的（de）防滑槽內，由於鋼絲段為柔性結構，所以當細長杆零件在（zài）切削狀態產生熱變形（xíng）時，可以起到方（fāng）向調節的作用，或在細（xì）長杆零件靠近卡爪處車一段“縮頸”，也（yě）可以實現方向調節的目的。這些措施的實施，可以有效控製細長杆零件在車削過程中的變形，從而減小或避免細長杆零（líng）件的彎曲（qǔ）變形。
２．２ 車削（xuē）的走刀方向
常規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（zhǎng）杆零件剛性裝夾於三爪自定心卡盤上，無法消除切削產生（shēng）的軸向分力，這就使細（xì）長杆零件受壓而（ér）產生彎曲變形。
改進的走（zǒu）刀方向為反向切削，即從主軸箱向尾座方向的切削，切（qiē）削產生的軸（zhóu）向分力指向（xiàng）尾座，此時如（rú）果尾座頂尖的（de）頂（dǐng）緊（jǐn）力合適，將會平衡掉這個軸向分力，從而使細長杆零件受熱伸長後的變形量得以釋放，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
車刀參（cān）與（yǔ）切削（xuē）前，用手捏住旋轉的尾座頂（dǐng）尖，尾座頂尖即停止（zhǐ）旋轉，而細（xì）長杆零（líng）件仍然（rán）旋轉；鬆手後，尾座頂尖能隨著（zhe）細長杆零件繼續同步旋轉，尾座頂尖的預緊力達到這種狀態時，就可以使細（xì）長杆零件受熱伸長後的變（biàn）形量隨著尾座頂（dǐng）尖預緊力（lì）的變化而釋放（fàng）。
２．４ 跟刀架的（de）安（ān）裝
２．４．１ 跟刀架的結構（gòu）
常規的跟刀架結構為２個支承爪（zhǎo）結構，上（shàng）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（chē）削過程中，由於本身的重力及（jí）不可避免的彎曲，會因離心力（lì）瞬時離開或接觸支承爪而產生振動，從而不能保證細長杆零件（jiàn）加工的尺寸精度和形狀（zhuàng）精度。
改進的跟刀架結構為３個支承爪（zhǎo）結構：上（shàng）支承爪、下支承爪和後支承（chéng）爪。跟刀架的（de）３個支承爪與車刀組（zǔ）成２對平衡的（de）徑向力，使細長杆零（líng）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，從（cóng）而保證了細長杆零件加工的尺寸精（jīng）度、形狀精度和表（biǎo）麵粗糙度要求。
２．４．２ 支承爪的調整順序
跟刀架支承爪的調整，先調整後支承爪，即（jí）與車刀相對的支承爪，以確保刀具的切削位（wèi）置，再順序調整上（shàng）支承爪和下支承爪，保證工件重力方向支承和夾緊的平衡（héng）性。調（diào）整時，綜合運用手感、耳聽（tīng）和目測等方（fāng）法，使跟刀架的支承爪剛好接觸細長杆零件。如果（guǒ）跟刀架的支承爪和細（xì）長杆（gǎn）零件接觸（chù）壓力過大，會把細長杆零件車成竹節形，反之則不能起到跟（gēn）刀架的作用。
２．４．３ 基（jī）準外圓的車削
裝夾細長杆零件後（hòu），在靠近三爪自定心卡盤處車長（zhǎng）度約４０ｍｍ的基準外圓，用於安裝跟刀架。切削量（liàng）大小視細長杆零件毛坯料的實際情（qíng）況而定。
２．５ 車刀的幾何參數
常規車刀的幾（jǐ）何參數為：前角１０°～１５°、主偏角８０°～９３°、刃傾角０°、主後角（jiǎo）６°～８°。改進（jìn）車刀（dāo）的幾何參數如（rú）下：１）為減小細長杆零（líng）件彎（wān）曲變形，車（chē）削過程中徑向切削力越小越好，合理的車刀主偏（piān）角為７５°～８０°；２）為減小切削力和切削（xuē）熱，應選擇較大的（de）車刀前角２０°～３０°；３）車刀（dāo）前刀麵磨Ｒ１．５～Ｒ３ｍｍ的斷屑槽，使切削順利卷曲折（shé）斷；４）車刀刃傾角選擇３°～５°，使切屑流向至待加工表麵；５）車刀切削刃表麵粗糙（cāo）度＞Ｒａ０．４μｍ，並要經常保持鋒利；６）為降低車刀的磨損，選較大的主後角１０°～１５°，另外在車刀主後角的（de）最前端即從刀尖開始磨出副後角２°～３°，副後角可起到支承工件，有效減小徑向切削力（lì），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（zhì）
在常規車削時，刀具的（de）刀尖與細長杆零件的軸（zhóu）向中心線齊平，很容（róng）易出現紮刀現象。
改進的裝刀位置：粗車工序，裝（zhuāng）刀時刀尖（jiān）應高於細長杆零件（jiàn）軸向中心線０．５ｍｍ，可避免產生紮刀現象；精車工（gōng）序，裝刀時刀尖應低於細長杆零件軸向中心線（xiàn）０．１ｍｍ，可起到支承零件的作（zuò）用，使車削過程更（gèng）加平穩、可靠，車削效果更好。
２．７ 車刀材料及規格
粗車工序選用耐磨性好的硬（yìng）質合金車刀（ＹＴ１５、ＹＴ３０）。精車工序選用高速鋼寬刃車刀（Ｗ１８Ｃｒ４Ｖ寬刃車刀（dāo）），可進行大走刀量切削，從而提高細長杆零件的尺（chǐ）寸精度，降低（dī）表麵粗糙度。刀具材料與常規車削選用的相同，但（dàn）精加工時（shí）選（xuǎn）用的刀具規格不同，即寬（kuān）刃車刀（dāo）。
３ 、裝夾結構示意圖
裝夾結構示意圖如（rú）圖１所示（shì），局（jú）部放大示意圖如圖２所示。
圖１ 裝夾結構示（shì）意圖
圖２ 裝夾結構局部放大示意圖
４、結語
通過改進細長杆零件裝夾方（fāng）法，改變車削的走刀方向和刀具的安（ān）裝位置，改進（jìn）跟刀架的結構及調整方法，優（yōu）化刀具的幾何參數，加工完成的細長杆零件（jiàn）尺寸精度、形狀精度等加工精度滿足圖樣要求，省去了成品校直的工序，降低（dī）了加工成（chéng）本，縮短（duǎn）了加工周期，提高了生產效率（lǜ）。
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