利用普通車床加工細(xì)長桿零件的工藝改進(jìn)
2017-11-15 來源： 包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院車輛系 作者：賈玉梅
摘 要：通過改進(jìn)細(xì)長桿零件裝夾方法、跟刀架的結(jié)構(gòu)及調(diào)整方法，優(yōu)化刀具的幾何參數(shù)，改變刀具的安裝位置和車削走刀方向后，加工完成的細(xì)長桿零件尺寸精度、形狀精度等加工精度滿足圖樣要求，省去了成品校直工序，降低了加工成本，縮短了加工周期，提高了生產(chǎn)效率。
關(guān)鍵詞：零件；刀架；刀具；加工精度
所謂細(xì)長桿是指零件的長度Ｌ 與直徑ｄ 之比≥２５。與一般的軸類零件相比，細(xì)長桿零件存在工件細(xì)長、剛度差及受熱影響變形較大的特點，這給車削加工帶來很大的困難，不容易獲得良好的幾何精度［１－２］。在普通車床上的常規(guī)車削方法是：先將細(xì)長桿零件裝夾于車床主軸箱的三爪自定心卡盤和尾座的頂尖之間，然后在中心架、跟刀架的配合下，采用正向切削法用標(biāo)準(zhǔn)刀具進(jìn)行車削。由于細(xì)長桿零件本身結(jié)構(gòu)的特點以及加工工藝的原因，車削完成的細(xì)長桿零件有較大的彎曲變形［３－４］。為了使零件達(dá)到圖樣要求的精度，應(yīng)增加校直工序，零件精度要求越高，校直的次數(shù)越多。盡管經(jīng)過了校直工序，有些細(xì)長桿零件還是因為不能滿足圖樣要求而報廢。
1 、改進(jìn)加工工藝技術(shù)方案
加工工藝改進(jìn)方案如下；
１）細(xì)長桿零件夾緊措施。用卡爪定心、夾緊細(xì)長桿零件時，在３個卡爪與零件的接觸面之間分別墊１個４～６ｍｍ的鋼絲段，細(xì)長桿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(nèi),
２）跟刀架的結(jié)構(gòu)形式及調(diào)整順序。跟刀架采用３個支承爪結(jié)構(gòu)，調(diào)整順序依次為：后支承爪→上支承爪→下支承爪。
３）車刀安裝位置。粗車時，刀尖應(yīng)高于細(xì)長桿零件軸向中心線０．４～０．６ｍｍ；精車時，刀尖應(yīng)低于細(xì)長桿零件軸向中心線０．１～０．２ｍｍ。
４）走刀方向。走刀方向為反向切削。
５）尾座頂尖預(yù)緊力的調(diào)整。車刀參與切削前，尾座頂尖預(yù)緊力的調(diào)整方法如下：用手捏住轉(zhuǎn)動的尾座頂尖，尾座頂尖即停止轉(zhuǎn)動，而細(xì)長桿零件仍然轉(zhuǎn)動；松手后，尾座頂尖能隨著細(xì)長桿零件繼續(xù)同步旋轉(zhuǎn)，尾座頂尖的頂緊力達(dá)到這種狀態(tài)時開始進(jìn)行切削工序。
６）車刀幾何參數(shù)。主偏角７５°～８０°、前角２０°～３０°、刃傾角３°～５°、主后角１０°～１５°、副后角２°～３°，前刀面磨Ｒ１．５～Ｒ３ｍｍ 的斷屑槽，刀尖圓弧半徑＜０．３ｍｍ。
７）熱處理。粗加工后熱處理：中溫時效溫度４００℃，保溫４ｈ，隨爐冷卻；彎曲度若不滿足要求，需要增加校直工序，之后低溫時效溫度２００～２４０℃，保溫２～３ｈ，隨爐冷卻。
2、改進(jìn)加工工藝與常規(guī)加工工藝對比
２．１ 裝夾方法
常規(guī)的裝夾方法，三爪和頂尖將細(xì)長桿零件剛性夾緊，所以在車削過程中，細(xì)長桿零件由于切削力、切削熱及自重的影響而產(chǎn)生的變形無法調(diào)整，切削過程中這種變形的不斷積累，必然導(dǎo)致細(xì)長桿零件產(chǎn)生嚴(yán)重的彎曲變形。改進(jìn)的裝夾方法，用卡爪定心、夾緊細(xì)長桿零件時，在３個卡爪與細(xì)長桿零件的接觸面之間分別墊１個５ｍｍ 的鋼絲段。細(xì)長桿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(nèi)，由于鋼絲段為柔性結(jié)構(gòu)，所以當(dāng)細(xì)長桿零件在切削狀態(tài)產(chǎn)生熱變形時，可以起到方向調(diào)節(jié)的作用，或在細(xì)長桿零件靠近卡爪處車一段“縮頸”，也可以實現(xiàn)方向調(diào)節(jié)的目的。這些措施的實施，可以有效控制細(xì)長桿零件在車削過程中的變形，從而減小或避免細(xì)長桿零件的彎曲變形。
２．２ 車削的走刀方向
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(chǎn)生的軸向分力指向主軸箱，由于細(xì)長桿零件剛性裝夾于三爪自定心卡盤上，無法消除切削產(chǎn)生的軸向分力，這就使細(xì)長桿零件受壓而產(chǎn)生彎曲變形。
改進(jìn)的走刀方向為反向切削，即從主軸箱向尾座方向的切削，切削產(chǎn)生的軸向分力指向尾座，此時如果尾座頂尖的頂緊力合適，將會平衡掉這個軸向分力，從而使細(xì)長桿零件受熱伸長后的變形量得以釋放，從而避免細(xì)長桿零件的彎曲變形。
２．３ 尾座頂尖預(yù)緊力的調(diào)整
車刀參與切削前，用手捏住旋轉(zhuǎn)的尾座頂尖，尾座頂尖即停止旋轉(zhuǎn)，而細(xì)長桿零件仍然旋轉(zhuǎn)；松手后，尾座頂尖能隨著細(xì)長桿零件繼續(xù)同步旋轉(zhuǎn)，尾座頂尖的預(yù)緊力達(dá)到這種狀態(tài)時，就可以使細(xì)長桿零件受熱伸長后的變形量隨著尾座頂尖預(yù)緊力的變化而釋放。
２．４ 跟刀架的安裝
２．４．１ 跟刀架的結(jié)構(gòu)
常規(guī)的跟刀架結(jié)構(gòu)為２個支承爪結(jié)構(gòu)，上面１個，后面１個。細(xì)長桿零件由于沒有對稱的平衡力夾緊，所以在車削過程中，由于本身的重力及不可避免的彎曲，會因離心力瞬時離開或接觸支承爪而產(chǎn)生振動，從而不能保證細(xì)長桿零件加工的尺寸精度和形狀精度。
改進(jìn)的跟刀架結(jié)構(gòu)為３個支承爪結(jié)構(gòu)：上支承爪、下支承爪和后支承爪。跟刀架的３個支承爪與車刀組成２對平衡的徑向力，使細(xì)長桿零件在車削時，上下、前后都不能移動，車削過程穩(wěn)定，不易產(chǎn)生振動，從而保證了細(xì)長桿零件加工的尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度要求。
２．４．２ 支承爪的調(diào)整順序
跟刀架支承爪的調(diào)整，先調(diào)整后支承爪，即與車刀相對的支承爪，以確保刀具的切削位置，再順序調(diào)整上支承爪和下支承爪，保證工件重力方向支承和夾緊的平衡性。調(diào)整時，綜合運用手感、耳聽和目測等方法，使跟刀架的支承爪剛好接觸細(xì)長桿零件。如果跟刀架的支承爪和細(xì)長桿零件接觸壓力過大，會把細(xì)長桿零件車成竹節(jié)形，反之則不能起到跟刀架的作用。
２．４．３ 基準(zhǔn)外圓的車削
裝夾細(xì)長桿零件后，在靠近三爪自定心卡盤處車長度約４０ｍｍ的基準(zhǔn)外圓，用于安裝跟刀架。切削量大小視細(xì)長桿零件毛坯料的實際情況而定。
２．５ 車刀的幾何參數(shù)
常規(guī)車刀的幾何參數(shù)為：前角１０°～１５°、主偏角８０°～９３°、刃傾角０°、主后角６°～８°。改進(jìn)車刀的幾何參數(shù)如下：１）為減小細(xì)長桿零件彎曲變形，車削過程中徑向切削力越小越好，合理的車刀主偏角為７５°～８０°；２）為減小切削力和切削熱，應(yīng)選擇較大的車刀前角２０°～３０°；３）車刀前刀面磨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面；５）車刀切削刃表面粗糙度＞Ｒａ０．４μｍ，并要經(jīng)常保持鋒利；６）為降低車刀的磨損，選較大的主后角１０°～１５°，另外在車刀主后角的最前端即從刀尖開始磨出副后角２°～３°，副后角可起到支承工件，有效減小徑向切削力，使加工平穩(wěn)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(xì)長桿零件的軸向中心線齊平，很容易出現(xiàn)扎刀現(xiàn)象。
改進(jìn)的裝刀位置：粗車工序，裝刀時刀尖應(yīng)高于細(xì)長桿零件軸向中心線０．５ｍｍ，可避免產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象；精車工序，裝刀時刀尖應(yīng)低于細(xì)長桿零件軸向中心線０．１ｍｍ，可起到支承零件的作用，使車削過程更加平穩(wěn)、可靠，車削效果更好。
２．７ 車刀材料及規(guī)格
粗車工序選用耐磨性好的硬質(zhì)合金車刀（ＹＴ１５、ＹＴ３０）。精車工序選用高速鋼寬刃車刀（Ｗ１８Ｃｒ４Ｖ寬刃車刀），可進(jìn)行大走刀量切削，從而提高細(xì)長桿零件的尺寸精度，降低表面粗糙度。刀具材料與常規(guī)車削選用的相同，但精加工時選用的刀具規(guī)格不同，即寬刃車刀。
３ 、裝夾結(jié)構(gòu)示意圖
裝夾結(jié)構(gòu)示意圖如圖１所示，局部放大示意圖如圖２所示。
圖１ 裝夾結(jié)構(gòu)示意圖
圖２ 裝夾結(jié)構(gòu)局部放大示意圖
４、結(jié)語
通過改進(jìn)細(xì)長桿零件裝夾方法，改變車削的走刀方向和刀具的安裝位置，改進(jìn)跟刀架的結(jié)構(gòu)及調(diào)整方法，優(yōu)化刀具的幾何參數(shù)，加工完成的細(xì)長桿零件尺寸精度、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(chǎn)效率。
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