杆類零件（jiàn）加工
2014-3-13 來源： 作者：平陽機械廠 蔣業平
杆類零件, 特別是長徑比很大的細長杆類零件, 是比較難以加工的零件, 由於細（xì）長杆本身的剛（gāng）性差, 加工（gōng）過程中受切削力、切削熱, 振動等影響,容易出現彎曲, 竹節、維度、棱形和腰鼓形等缺（quē）陷。如果能正確地掌握刀具切削（xuē）部（bù）的幾何參數, 設計（jì）有（yǒu）效的工（gōng）藝裝備, 以及合理的工藝規程, 那麽將會（huì）很大（dà）程度地提高刀具的耐用度, 改善（shàn）切削性能, 滿足質量及生產率要求。以下（xià）分五個方（fāng）麵談（tán）杆類零件的加工。
一、影響杆類零件加工質量的主要因素
影響杆類零件加工（gōng）質量的因素很多（duō）, 經過實踐認為, 杆類零件在加工中所（suǒ）產生的振動（dòng）是主要因素, 而振動的產生, 主要由四個原因（yīn）所致。①杆（gǎn）件在高速旋轉時, 在其圓周方向（xiàng）將會產（chǎn）生圓周（zhōu）力, 在這裏可以（yǐ）理解（jiě）為離心力, 見圖1, 由於零件的自重力存在, 因此上、下垂直方向的離心力最大, 這兩個力（lì）隨著零（líng）件長徑比的大小（xiǎo）而變化, 長徑比越大（dà）, 自重力就越大, 而上下跳動也就越（yuè）大; 也就是說, 杆件越長越（yuè）細, 其剛性越差, 撓度越大, 上下跳動（dòng）就越大。②在一定的切削速度範圍內（nèi）, 振動是隨著切削（xuē）速度的增大而逐漸增大的。③刀具的幾何角度選擇不當, 也將會增（zēng）加切削力, 在相同的切削條件下, 切削力（lì）大, 振（zhèn）動就大。④工藝方法不合理, 同（tóng）樣會（huì）引（yǐn）起杆件（jiàn）振動。
二（èr）、切屑受力及（jí）變形分析（xī）
振動是隨著切削速度的增加而增（zēng）加的（de）, 但是切削速度增加到（dào）一定極限值時, 振動還會減小。下麵（miàn）從切屑受力及變形進行分析。
1. 切屑受力分析
切屑形成是擠壓— 滑移過程。故在切（qiē）削時, 切屑上有如下（xià）各力作用。圖2表示出與前（qián）刀麵接觸的切屑底層, 作用（yòng）著前刀麵對切屑的正（zhèng）壓力N前和F前摩擦力 ; 在（zài）滑移麵上, 切屑（xiè）受正壓（yā）力Fn和（hé）剪切抗力Fs的作用, 剪（jiǎn）切麵上的抗力
合（hé）力R由（yóu） 來（lái）平衡∴Rco s (β1+ ω) = Fs
故: 
式中: a— 切削厚度;
b— 切（qiē）削寬度;
τ— OM 麵上的剪應力。
上述各力在切削上互（hù）相平衡, 形成兩個大小（xiǎo）相等方向相反的合（hé）力;
- R= R’
切削在切削合力R的作用下被切除。ω角是切削合力R 與切削速度方向的夾（jiá）角（jiǎo）, 表示R合力作用到切削層金屬的方向, 稱為作用（yòng）角。
由圖2可知:
ω= θ- γ
式中: θ—— 摩擦角—— tgθ= _
(_ 是切屑底層與前刀麵間的（de）摩擦係數);
γ— — 前角
由此可知, 切屑（xiè）與前刀麵的（de）摩擦係數μ越小,前角γ愈大, 則作用角ω愈小。ω角小時, 表示R力指向切削表（biǎo）層（céng）, 切屑變（biàn）形較小; ω角大（dà）時, 表（biǎo）示R力指向切削深層, 這時, 切（qiē）屑（xiè）變形較大。
2. 切（qiē）屑變形分析
切屑變形最明顯的現象是切屑收縮, 即切削時被切層受到擠壓, 內部產（chǎn）生滑移變形, 切屑長度縮短, 厚度增加(寬度略有增加, 一般可忽略（luè）不計) 由圖2可見。
收縮係數K= L / L霄 = a霄（xiāo）/a> 1
式中: L、a — — 切削層長（zhǎng）度和厚度;
L霄、a霄 — — 切（qiē）屑長（zhǎng）度和厚（hòu）度。
一般情況下, 切削（xuē）中碳鋼時K= 2～ 3。從切屑收縮情況來看, 切屑係數K 與滑移角 和前角γ有一定（dìng）的幾何（hé）關係。
因為 
所以 
當U1角變大（dà）時, K值變小, 於是切（qiē）屑（xiè）變形亦相應變小, 從圖3中可以（yǐ）看出, 因為切屑變形小固然會導致切屑厚度變薄, 同時在高速切（qiē）削的作用下（xià）, 切屑在刀麵（miàn）上流動很快, 切削熱仍保留在切屑內使得（dé）切屑易於塑（sù）性變（biàn）形, 這就更加（jiā）有利於改善切（qiē）削條件, 大大減小在切削過（guò）程中的徑（jìng）向力。
三、杆類零件的加工工藝
杆（gǎn）類零件的（de）材料一般需經調質處（chù）理, 切削用量（liàng）主（zhǔ）要根（gēn）據零件的（de）長徑比, 物理性能（néng）, 機械性能以及加工餘量而（ér）選定。當長徑比較大（dà）, 韌性較（jiào）大時, 選用較小的切削用量（liàng）, 若選用較大的切削用量, 將會增加切削力而引起杆件振動。
加工前準備（bèi）: ①調整車床頂（dǐng）尖使（shǐ）其與主（zhǔ）軸中心一致; ②檢查機床轉速是否正常; ③導軌是否單（dān）行;④三杠是否同心; ⑤溜板鬆緊適度, 總之（zhī）要掌握機（jī）床的各部性能良好有效; ⑥杆件（jiàn）頂尖孔最好在本車床上用頂尖研磨一下; ⑦修（xiū）理跟（gēn）刀架腳爪(活動跟刀架則不用修), 使其與杆（gǎn）件有較好（hǎo）的吻合; 支柱爪軸向加長至35～ 45毫（háo）米, 徑向縮小10～ 15毫米, 支柱材料最好用QT 60～ 2球墨鑄鐵; ⑧冷卻液為一般乳化液, 較大流量, 直接（jiē）衝在（zài）杆件與腳爪處, 使其充分冷卻刀頭。
刀具安裝方法: 粗（cū）加工和（hé）半精加工（gōng）時, 刀具（jù）應高（gāo）於主軸中心0. 2～ 0. 5毫米, 精加工時應高於主軸中心0. 2～ 0. 3毫（háo）米。這樣安裝不僅增大了工作前角, 而且還能使刀的主後麵約束杆件向上的（de）作（zuò）用力, 防止（zhǐ）杆件的跳動。
在加工過（guò）程（chéng）中, 隨著加工所產生的軸向力的大小, 要（yào）進行調整（zhěng）。尾座頂尖的鬆緊情況, 因（yīn）為頂尖的頂力大（dà）小, 都能引起杆件跳動, 又因杆件的基體組織分布不均, 它的物理性能和機械性能也不同, 杆件的伸縮率（lǜ）也是變化的。所以在（zài）加工時就需要每次進行調整。檢驗頂力大小的方法通（tōng）常是將兩手指(食指和拇指（zhǐ）) 輕輕放在活頂尖上, 若能使頂尖停止轉動, 這時（shí）的頂（dǐng）力為合適, 檢驗的程序是加工至約300～ 500毫（háo）米處時, 要及時進行調整, 此處基本上能反映出預緊力的大小, 而（ér）後視杆件（jiàn）收縮變化情況隨時調整, 以防止（zhǐ）加工過程中由於頂力過大過（guò）小的變化所產生的振動。
四、刀具幾何角度
選擇刀具的幾何參（cān）數正確與否將直接影響杆件的質量和刀具的使用壽（shòu）命, 為了（le）得到切削輕快（kuài）,降低切（qiē）削力需將（jiāng）精加工車刀的前（qián）角γ增大為（wéi）28°～30°, 並在主（zhǔ）切削（xuē）刃上磨出一個（gè）寬度為0. 1～ 0. 2毫（háo）米負20°～ 30°倒棱, 以增加主切削刃強度。這樣在高速切削過程中, 負刃上就能形成（chéng）切屑瘤成為一個穩定（dìng）基座, 切屑瘤在棱（léng）麵上不僅保護了刀刃, 而且（qiě）還增大了前（qián）角, 並（bìng）能擔負著部分的切削作用, 在高速（sù）切削過程中, 刀瘤不（bú）斷生成、長大、脫落。由於主屑流速很快, 並與切屑瘤相對摩擦, 切屑瘤能連續形成一細條副切屑, 在主屑內緩緩排出, 在排出同時,它帶走了大量的切削熱, 減少了傳到車刀上的熱量, 延長了車刀的耐用度同時又消除了刀瘤停留在已（yǐ）加工表麵上的可能性, 從而（ér）提高了表（biǎo）麵精度。
五、輔具
當（dāng）杆件的直徑>h3 , 長徑比（bǐ）> 500～1000時, 托架是在加工過程中起減振作用的主要輔具。托架由兩塊製有3°斜麵的木質(紅鬆) 托塊（kuài）組成。上托塊製成V 型托口見圖4。這樣可使得杆件與上托塊在互（hù）相作用時能夠不完全碰撞, 受力時一部分功能將受到損失, 以（yǐ）達到緩衝, 減少反作用力的作用。
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