賈玉梅

(包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 車輛系，內(nèi)蒙古 包頭 014030)

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利用普通車床加工細(xì)長(zhǎng)桿零件的工藝改進(jìn)

賈玉梅

(包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 車輛系，內(nèi)蒙古 包頭 014030)

通過(guò)改進(jìn)細(xì)長(zhǎng)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(zhǎng)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。

零件；刀架；刀具；加工精度

所謂細(xì)長(zhǎng)桿是指零件的長(zhǎng)度L與直徑d之比≥25。與一般的軸類零件相比，細(xì)長(zhǎng)桿零件存在工件細(xì)長(zhǎng)、剛度差及受熱影響變形較大的特點(diǎn)，這給車削加工帶來(lái)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(zhǎng)桿零件裝夾于車床主軸箱的三爪自定心卡盤(pán)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(zhǎng)桿零件本身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及加工工藝的原因，車削完成的細(xì)長(zhǎng)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(guò)了校直工序，有些細(xì)長(zhǎng)桿零件還是因?yàn)椴荒軡M足圖樣要求而報(bào)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(zhǎng)桿零件夾緊措施。用卡爪定心、夾緊細(xì)長(zhǎng)桿零件時(shí)，在3個(gè)卡爪與零件的接觸面之間分別墊1個(gè)φ4～φ6 mm的鋼絲段，細(xì)長(zhǎng)桿零件裝入卡爪的長(zhǎng)度為15～20 mm，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(gè)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(shí)，刀尖應(yīng)高于細(xì)長(zhǎng)桿零件軸向中心線0.4～0.6 mm；精車時(shí)，刀尖應(yīng)低于細(xì)長(zhǎng)桿零件軸向中心線0.1～0.2 mm。

4)走刀方向。走刀方向?yàn)榉聪蚯邢鳌?/p>

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(dòng)的尾座頂尖，尾座頂尖即停止轉(zhuǎn)動(dòng)，而細(xì)長(zhǎng)桿零件仍然轉(zhuǎn)動(dòng)；松手后，尾座頂尖能隨著細(xì)長(zhǎng)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(shí)開(kāi)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～R3 mm的斷屑槽，刀尖圓弧半徑<0.3 mm。

7)熱處理。粗加工后熱處理：中溫時(shí)效溫度400 ℃,保溫4 h，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(shí)效溫度200～240 ℃，保溫2～3 h，隨爐冷卻。

2　改進(jìn)加工工藝與常規(guī)加工工藝對(duì)比

2.1裝夾方法

常規(guī)的裝夾方法，三爪和頂尖將細(xì)長(zhǎng)桿零件剛性?shī)A緊，所以在車削過(guò)程中，細(xì)長(zhǎng)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(wú)法調(diào)整，切削過(guò)程中這種變形的不斷積累，必然導(dǎo)致細(xì)長(zhǎng)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(zhǎng)桿零件時(shí)，在3個(gè)卡爪與細(xì)長(zhǎng)桿零件的接觸面之間分別墊1個(gè)φ5 mm的鋼絲段。細(xì)長(zhǎng)桿零件裝入卡爪的長(zhǎng)度為15～20 mm，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(zhǎng)桿零件在切削狀態(tài)產(chǎn)生熱變形時(shí)，可以起到方向調(diào)節(jié)的作用，或在細(xì)長(zhǎng)桿零件靠近卡爪處車一段“縮頸”，也可以實(shí)現(xiàn)方向調(diào)節(jié)的目的。這些措施的實(shí)施，可以有效控制細(xì)長(zhǎng)桿零件在車削過(guò)程中的變形，從而減小或避免細(xì)長(zhǎng)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?yàn)檎蚯邢鳎磸奈沧蛑鬏S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(zhǎng)桿零件剛性裝夾于三爪自定心卡盤(pán)上，無(wú)法消除切削產(chǎn)生的軸向分力，這就使細(xì)長(zhǎng)桿零件受壓而產(chǎn)生彎曲變形。

改進(jìn)的走刀方向?yàn)榉聪蚯邢?，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(shí)如果尾座頂尖的頂緊力合適，將會(huì)平衡掉這個(gè)軸向分力，從而使細(xì)長(zhǎng)桿零件受熱伸長(zhǎng)后的變形量得以釋放，從而避免細(xì)長(zhǎng)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(zhǎng)桿零件仍然旋轉(zhuǎn)；松手后，尾座頂尖能隨著細(xì)長(zhǎng)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(shí)，就可以使細(xì)長(zhǎng)桿零件受熱伸長(zhǎng)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(gè)支承爪結(jié)構(gòu)，上面1個(gè)，后面1個(gè)。細(xì)長(zhǎng)桿零件由于沒(méi)有對(duì)稱的平衡力夾緊，所以在車削過(guò)程中，由于本身的重力及不可避免的彎曲，會(huì)因離心力瞬時(shí)離開(kāi)或接觸支承爪而產(chǎn)生振動(dòng)，從而不能保證細(xì)長(zhǎng)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(gè)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(gè)支承爪與車刀組成2對(duì)平衡的徑向力，使細(xì)長(zhǎng)桿零件在車削時(shí)，上下、前后都不能移動(dòng)，車削過(guò)程穩(wěn)定，不易產(chǎn)生振動(dòng)，從而保證了細(xì)長(zhǎng)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(duì)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(shí)，綜合運(yùn)用手感、耳聽(tīng)和目測(cè)等方法，使跟刀架的支承爪剛好接觸細(xì)長(zhǎng)桿零件。如果跟刀架的支承爪和細(xì)長(zhǎng)桿零件接觸壓力過(guò)大，會(huì)把細(xì)長(zhǎng)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(zhǎng)桿零件后，在靠近三爪自定心卡盤(pán)處車長(zhǎng)度約40 mm的基準(zhǔn)外圓，用于安裝跟刀架。切削量大小視細(xì)長(zhǎng)桿零件毛坯料的實(shí)際情況而定。

2.5車刀的幾何參數(shù)

常規(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(zhǎng)桿零件彎曲變形，車削過(guò)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～R3 mm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>Ra0.4 μm，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(kāi)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<0.3 mm。

2.6車刀的安裝位置

在常規(guī)車削時(shí)，刀具的刀尖與細(xì)長(zhǎng)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(shí)刀尖應(yīng)高于細(xì)長(zhǎng)桿零件軸向中心線0.5 mm，可避免產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象；精車工序，裝刀時(shí)刀尖應(yīng)低于細(xì)長(zhǎng)桿零件軸向中心線0.1 mm，可起到支承零件的作用，使車削過(guò)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(zhǎng)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(shí)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

4　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)改進(jìn)細(xì)長(zhǎng)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(zhǎng)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。

[1] 吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[2] 李華.機(jī)械制造技術(shù)[M].北京.高等教育出版社，2005.

[3] 劉敏，陳瑾.多錐度細(xì)長(zhǎng)桿加工工藝改進(jìn)[J].新技術(shù)新工藝，2014(10):14-15.

[4] 許雅勿，顏德，竇鑫紅，等.基于數(shù)控縱切車床的細(xì)長(zhǎng)桿件加工工藝改進(jìn)[J].新技術(shù)新工藝，2015(7):10-12.

責(zé)任編輯鄭練

The Process Improvement of Ordinary Lathe Machining Slender Parts

JIA Yumei

(Baotou Vocational & Technical College, Baotou 014030, China)

By improving the slender part clamping methods, structure and adjustment of the follower, the geometric parameters of the tool, cutting tool installation location, and change after cutting cutting direction, let the finished slender parts size precision, accuracy shape processing satisfy the requirement. It e liminates the finishing straightening process, reduces processing costs, shortens the processing cycle and improves production efficiency.

parts, tool holder, tool, machining accuracy

TG 511

B

賈玉梅(1961-)，女，教授，大學(xué)本科，主要從事機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)等方面的研究。

2016-03-04