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利用普通車床加工（gōng）細長杆零件的工（gōng）藝改進

2017-11-15 來源：包頭職業技術學院車輛係作者（zhě）：賈玉梅

　　摘　要（yào）：通過改進細長杆（gǎn）零件裝夾方法、跟刀架的結構及調整方（fāng）法（fǎ），優化刀具的幾何（hé）參數，改變刀具的安裝位置和（hé）車削走刀（dāo）方向後，加工完（wán）成的細長杆零件尺寸精度、形狀精度等加工精度滿足圖樣要求，省去了成（chéng）品校直工序，降低了（le）加工成本，縮短了加工（gōng）周期，提高（gāo）了生產效率。

關（guān）鍵詞：零件；刀架；刀具；加工精度

　所謂細長杆是指零件的長度Ｌ與直徑ｄ之比≥２５。與（yǔ）一般的軸（zhóu）類零件相比，細長杆零件存在工件（jiàn）細長（zhǎng）、剛度差及受熱影響變（biàn）形較大的（de）特點（diǎn），這給車削加工帶來很大的困難，不容易獲得良好的幾（jǐ）何精度［１－２］。在普通車（chē）床上的常規（guī）車削（xuē）方法（fǎ）是：先將細長杆零件裝夾於車床主軸箱（xiāng）的三爪自定心卡盤和尾座的頂尖之間，然後（hòu）在中心架、跟刀（dāo）架的配合（hé）下，采用正向切削法用標準刀（dāo）具進行車削。由於細長杆零件本身結構的特（tè）點以及加工工藝的原因，車削完成的細長杆零件有較大的彎曲變形［３－４］。為了使零件達到圖樣要求的（de）精度，應增（zēng）加（jiā）校直工序，零件精（jīng）度要求越高，校（xiào）直的次數越多。盡管經過了校直工序，有些細長杆零件還是因為不能滿足圖（tú）樣要求而報廢。

1　、改進（jìn）加工工藝技術方案

加工工（gōng）藝改進方案（àn）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（shí），在３個卡爪與零件的（de）接觸麵（miàn）之間分別墊１個４～６ｍｍ的鋼絲段，細長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（shì）及調整順序。跟刀架采用３個支承爪結構，調整順序（xù）依次為：後支承爪→上（shàng）支承爪→下支承爪。

３）車刀安裝位置。粗車（chē）時（shí），刀（dāo）尖應高於細長杆零件（jiàn）軸向中心線（xiàn）０．４～０．６ｍｍ；精車時（shí），刀尖應（yīng）低於細長杆（gǎn）零件軸向中心線０．１～０．２ｍｍ。

４）走（zǒu）刀方向。走刀方（fāng）向為反向切削。

５）尾座頂尖預（yù）緊力的（de）調整。車刀參與切削前，尾座頂尖預緊力的調整方法如下：用手捏住轉動的（de）尾座頂尖，尾座頂尖即停（tíng）止轉動，而細長（zhǎng）杆零件仍然轉動；鬆手後，尾座頂尖能隨著細長杆零件繼續同步旋轉，尾座頂尖的頂緊力達（dá）到這種狀態時開始（shǐ）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，刀尖圓（yuán）弧半徑＜０．３ｍｍ。

７）熱處理。粗加工後熱處（chù）理：中溫時效溫度４００℃，保溫４ｈ，隨爐冷卻；彎曲度若不滿足要求，需（xū）要增加校直工序，之（zhī）後低溫時（shí）效溫度（dù）２００～２４０℃，保溫２～３ｈ，隨（suí）爐冷卻。

2、改進加工工（gōng）藝與常規加工工藝對比

２．１　裝夾（jiá）方法

常規的裝夾方法，三爪和頂尖將細長杆（gǎn）零件剛性夾緊，所以在車削過程中（zhōng），細長杆零件由於切削（xuē）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，必然導致細長杆（gǎn）零件產生嚴重的彎曲變形。改進的裝夾方法，用（yòng）卡爪定（dìng）心、夾緊（jǐn）細長杆零件時（shí），在３個卡爪與細長（zhǎng）杆零件的接觸麵之間分別墊１個５ｍｍ的鋼絲段。細長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，由於鋼絲段（duàn）為柔性結構，所以當細長杆（gǎn）零件在切削（xuē）狀（zhuàng）態產生熱（rè）變形時，可以（yǐ）起到方向調（diào）節的作用，或（huò）在細（xì）長杆零件靠近卡爪處車（chē）一段“縮頸”，也可以實現方向調節的目的。這些措施的（de）實施，可以（yǐ）有效控製細長杆零件在車（chē）削過程中的變形，從而（ér）減小或避免細長（zhǎng）杆零件的彎曲變形。

２．２　車削的走刀方向

常規的走刀方向為正向切削，即從（cóng）尾座（zuò）向主軸箱方向的切削（xuē），切（qiē）削產生的軸向分力指（zhǐ）向主軸（zhóu）箱，由於細長杆（gǎn）零（líng）件剛性裝夾於三（sān）爪自定心卡盤上，無法消除切削產（chǎn）生的軸向分力，這就使（shǐ）細長杆零件（jiàn）受壓而產生彎曲變形。

改進的走刀（dāo）方向為反向切削，即從主軸箱向尾座方向的切削，切（qiē）削產（chǎn）生的軸向分（fèn）力指向尾（wěi）座，此時如果尾（wěi）座頂尖的頂緊力合適，將會平衡掉這個軸向分（fèn）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（wěi）座頂尖預緊（jǐn）力的調整

車刀參與切削前，用手捏住旋轉的尾座頂尖，尾座頂（dǐng）尖即停止旋轉，而細（xì）長杆零件仍然（rán）旋（xuán）轉；鬆手後（hòu），尾座頂尖能隨著細長杆零件繼續同步旋轉，尾座頂尖的預（yù）緊力達到這種狀態時，就可以使細長（zhǎng）杆零件受熱伸長後的變形量隨著尾座頂尖預緊力的變化而（ér）釋放。

２．４　跟刀架（jià）的安裝

２．４．１　跟刀架的結構

常規的跟刀架結（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，所以在車削過程中，由於本（běn）身的重力及不可避免的彎曲，會因離心力瞬時離開（kāi）或接觸支承爪而產生振動，從而不能保證（zhèng）細長杆零件加工的尺寸精度和形狀精度。

改進（jìn）的跟刀架結（jié）構為３個支承爪結（jié）構：上支承爪、下支承爪和後（hòu）支承爪。跟刀架的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（jiàn）在車削時，上下、前（qián）後（hòu）都不能移動，車削過程穩定，不易產生振動，從而保證了細（xì）長杆零件（jiàn）加工（gōng）的尺（chǐ）寸精度、形狀精度和表（biǎo）麵粗糙度要求（qiú）。

２．４．２　支（zhī）承爪的調整順（shùn）序

跟刀架支（zhī）承爪的調整，先調（diào）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置，再順序調整（zhěng）上支承爪和下支承爪，保證工件重力方向支承和夾緊的（de）平衡（héng）性。調整時，綜合運用手感（gǎn）、耳聽和目測等方（fāng）法，使跟刀架的支承爪剛（gāng）好接觸細長（zhǎng）杆（gǎn）零件。如果跟刀架的支承爪和（hé）細（xì）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處車長度約４０ｍｍ的基準外圓，用於安裝跟刀架。切（qiē）削量大小視細長杆零件毛坯料的實（shí）際情況而定。

２．５　車刀的幾何參數（shù）

常規車刀的幾何參數為：前角１０°～１５°、主偏角８０°～９３°、刃傾角０°、主後角６°～８°。改進車刀的幾何參（cān）數如下：１）為減小細長杆零件彎（wān）曲變形，車削過（guò）程（chéng）中徑向切削力越小越好，合理的車（chē）刀主（zhǔ）偏角為７５°～８０°；２）為減小切削力和切削熱，應（yīng）選（xuǎn）擇較大的車（chē）刀前角２０°～３０°；３）車刀（dāo）前刀麵磨Ｒ１．５～Ｒ３ｍｍ的斷屑槽，使切削順利卷曲折斷；４）車刀刃傾角選擇３°～５°，使切屑流向至待加工表麵；５）車（chē）刀切削刃表麵粗糙度＞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（jiǎo）１０°～１５°，另外在車刀主後角（jiǎo）的最前（qián）端即從刀尖（jiān）開始磨出副後（hòu）角２°～３°，副（fù）後角可起到（dào）支（zhī）承（chéng）工件，有效減小徑向（xiàng）切（qiē）削力，使加工平穩的作用，刀尖圓弧半徑＜０．３ｍｍ。

２．６　車刀的（de）安裝位置（zhì）

在常規車削時，刀具的刀尖與細長杆零件的軸（zhóu）向中心線齊（qí）平，很容易（yì）出現紮刀現（xiàn）象。

改進（jìn）的裝刀位置（zhì）：粗車工序，裝刀時刀尖（jiān）應高於細長杆零件軸向（xiàng）中心線０．５ｍｍ，可避免產生（shēng）紮刀現象；精車工序，裝刀時刀尖應低於細長（zhǎng）杆零件軸向（xiàng）中心（xīn）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（chē）工序選用耐磨性好的硬質合金車刀（ＹＴ１５、ＹＴ３０）。精車工序（xù）選用高速鋼寬刃車刀（Ｗ１８Ｃｒ４Ｖ寬刃車（chē）刀），可進行大走刀量切（qiē）削，從而提高細長（zhǎng）杆零件的尺寸精度，降低表麵粗糙（cāo）度。刀（dāo）具材（cái）料與常規車削選用（yòng）的相同，但精加工時選用的刀具規格不同，即寬刃車刀。

３　、裝夾結構示（shì）意圖

裝夾結構示意圖如圖１所示，局（jú）部放（fàng）大示意圖如圖２所（suǒ）示。

圖１　裝夾結構示意圖

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法（fǎ），改變車削的走刀（dāo）方向和刀（dāo）具的安裝位置，改進跟刀架的結（jié）構及調整方法，優化刀具的幾何參數，加工完成的細長杆零件尺寸精（jīng）度、形狀精度等加工精度滿足圖樣要求，省去了（le）成品校直的（de）工序，降低了加工成本，縮（suō）短了加工周期，提高了生產效率（lǜ）。

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