尚廣云，鄧志平，張正義，仲 良，龍 俊

(西華大學(xué)，四川成都610039)

0 引言

在車削力的作用下細長軸類工件極易產(chǎn)生彎曲變形造成較大的尺寸誤差，原因在于其(長徑比大于20的軸)剛性差，故難以保證其加工精度，因此細長軸的車削加工一直被公認為典型的工藝難題。文獻［1］在車削細長軸時，采用了專用夾具，并對刀具材料、幾何參數(shù)、切削用量等進行分析。文獻［2］分析了采用切向進給電火花加工細長軸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的切削加工的關(guān)鍵技術(shù)。文獻［3］采取反向走刀、一夾一頂裝夾工件、蘑菇頭銷子增加剛性并減小刀桿變形量等措施車削細長絲杠。文獻［4］應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立起使用跟刀架車削細長軸時的尺寸誤差預(yù)測模型，并基于該模型研究切削用量對尺寸誤差的影響。文獻［5］對一夾一頂裝夾的細長軸進行尺寸誤差分析，得出了徑向力F2是造成細長軸尺寸誤差的主要因子。

本文通過建立細長軸尺寸誤差力學(xué)模型，定性分析出徑向力F2是造成細長軸尺寸誤差的主要因子，再由有限元仿真分析實驗進行驗證，結(jié)果表明:本文研究成果對細長軸的實際車削具有指導(dǎo)意義。

1 細長軸尺寸誤差分析

普通軸類工件車削過程中，尺寸誤差是由工件和車刀的偏移共同造成的，而細長軸類工件的尺寸誤差主要由彎曲變形引起。圖1為細長軸車削過程的誤差模型，虛線表示沒有彎曲變形時細長軸直徑D1，粗實線小圓為細長軸車削之后直徑D2，粗實線大圓為加工前直徑 D3。圖中［6］ap 為背吃刀量，為車削過程中細長軸在y、z方向產(chǎn)生的彎曲變形［6］。

圖1 加工誤差模型

即細長軸車削后的實際直徑為:

為更加深入分析細長軸彎曲造成的加工誤差，將切向力Fy、徑向力Fz所造成的彎曲變形分解在兩相互垂直的方向，如圖2所示:

圖2 徑向力和切向力引起彎曲變形的不同影響

圖2(a)小圓為細長軸理論加工直徑，大圓為在徑向力Fy作用下加工之后細長軸的直徑。結(jié)合式(1)、(2)可得細長軸尺寸誤差為(此時uy=0):

圖2(b)小圓為細長軸理論加工直徑，大圓為在切向力作用下加工之后細長軸的直徑。由于uy遠小于 D1，結(jié)合式(1)、(2)可得細長軸尺寸誤差為(此時 uz=0):

通過對比分析式(3)、(4)可知:由徑向力Fz引起的尺寸誤差遠大于切向力Fy引起的尺寸誤差，因此可得徑向力Fz是造成細長軸彎曲變形的主要因素。

2 經(jīng)驗公式計算

切削力經(jīng)驗公式是用來估算加工中切削力的大小，它是通過大量的切削實驗數(shù)據(jù)而建立起來的，對生產(chǎn)實際具有相當(dāng)?shù)膮⒖純r值，因此在機械制造加工中被廣泛應(yīng)用。常用的經(jīng)驗公式有單位切削Υ經(jīng)驗公式和指數(shù)經(jīng)驗公式兩種，本文采用的是切削力指數(shù)經(jīng)驗公式，具體公式如下［7］:

式中:CFz——切削條件和工件材料影響系數(shù);

XFZ——背吃刀量 影響指數(shù);

yFZ——進給量f影響指數(shù);

KFZ——與經(jīng)驗公式中切削條件不同時的修正系數(shù)。

其中 KFm=KmF·KKrF·KΥoF·KλsF·KrεF

45號鋼通常會正火或調(diào)質(zhì)處理，抗拉強度≥600MPa，本文取 600MPa。

查表附錄表1得:KyF

查表附錄表2得:切向力:KKrF=0.89;

徑向力:KKrF=0.5;KΥoF=0.85;1KλsF=1;KrεF=0.7

計算得:KFy=0.7275;KFz=0.2670;KFx=0.9367

查表附錄表3得:切向力相關(guān)系數(shù):CFz=270 xFz=1;yFz=0.75;nFz=－0.15

徑向力相關(guān)系數(shù):CFz=199;xFz=0.9;yFz=0.6;nFz=－0.3

所以兩個切削分力計算公式如下:

vc=100m/min ap=2mm f=0.3 計算得:Fy=782.9548N;F2=118.6405N

3 靜力學(xué)仿真分析

用ANSYS仿真分析法對細長軸在車削時進行模擬仿真分析，研究車削過程中刀具的切削切向力Fy、徑向力Fz對細長軸彎曲變形的影響。仿真模擬相關(guān)參數(shù)如圖表1、2所示，仿真結(jié)果圖如下所示:圖3為在切向力作用下50號節(jié)點處細長軸彎曲變形圖，圖4為在徑向力作用下50號節(jié)點處細長軸彎曲變形圖。

表1 仿真模型參數(shù)

圖3 在切向力作用下50號節(jié)點處細長軸彎曲變形圖

表2 仿真模型參數(shù)

圖4 在徑向力作用下50號節(jié)點處細長軸彎曲變形圖

由圖2、3分析對比可得知切向力Fy的彎曲變形量為0.0000m，徑向力 的彎曲變形量為0.169×10－4m，明顯得出徑向力Fz引起的彎曲變形遠大于切向力Fy引起的彎曲變形，因此可得徑向力Fz是造成細長軸彎曲變形的主要因素，從而進一步驗證了理論分析的正確性。

4 結(jié)論

本文通過建立細長軸車削尺寸誤差模型，分析得出影響細長軸車削過程尺寸誤差的主要因素徑向力Fz，采用切削力指數(shù)經(jīng)驗公式計算出了細長軸在車削時切向力Fz為782.9548N;徑向力Fz為118.6405N。通過利用ANSYS軟件分析又進一步驗證了細長軸車削加工時的主要影響因素是徑向力Fz。

［1］徐家品.細長軸的車削［J］.金屬加工:冷加工，2008(14):18－19.

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