高鳳娟

(同濟(jì)大學(xué)工程實(shí)踐中心,上海 200433)

機(jī)床性能和車刀角度對工件精度的影響

高鳳娟

(同濟(jì)大學(xué)工程實(shí)踐中心,上海 200433)

普通車床車削時,車床的性能和刀具的角度對車削出的工件精度都有影響,了解機(jī)床性能和車刀角度,合理的調(diào)節(jié)機(jī)床和刃磨刀具對提高工件精度起著重要作用.

機(jī)床性能 ;車刀角度;工件精度; 普通車削加工

在車削加工中影響工件精度的因素主要有機(jī)床性能、車刀材料和刃磨角度、工件材料、切削三要素以及夾具剛性等,本文著重從車刀角度和機(jī)床性能兩個方面講解其影響因素.

1 車床性能

車床集電、液、控制于一體,是傳統(tǒng)加工中的重要設(shè)備,也是機(jī)械加工中的基礎(chǔ).我們以C6132A車床為例講解.本系列車床可以加工各種回轉(zhuǎn)零件的外圓、內(nèi)孔、端面、錐度、槽和螺紋,還可以鉆、擴(kuò)、絞孔,滾花、成型面等.其加工特點(diǎn)由兩個方向運(yùn)動組成,一個是卡盤夾持工件作旋轉(zhuǎn)的主運(yùn)動,另一個是溜板箱帶動車刀作縱、橫向的進(jìn)給運(yùn)動,表面粗糙度可以達(dá)到IT7級(按GB1800-79).車床的組成如圖1所示,包括主軸箱、進(jìn)給箱、溜板箱、刀架、尾架、床身、床腿等,車床的性能包含以下幾個方面.

(1)精度性能:精度性能包含分辨度與脈沖、定位-重復(fù)定位精度和分度精度.對于普通車床而言,主要是定位-重復(fù)定位精度,它指多次操作后的基準(zhǔn)與初始基準(zhǔn)之間的誤差值,它一般影響一批零件的加工一致性,是重要的精度指標(biāo).

(2)運(yùn)動性能:車床的運(yùn)動性能主要包含主軸速度和進(jìn)給速度.主軸速度指主軸能夠達(dá)到的速度范圍.主軸速度越高對機(jī)床性能影響越大.進(jìn)給速度指的是機(jī)床的進(jìn)給量的變化,它影響工件表面粗糙度和刀具使用壽命.

(3)可靠性能:可靠性能包含平均無故障時間和平均修復(fù)時間.前者是指一臺機(jī)床在使用中平均兩次故障間隔的時間.后者是指一臺機(jī)床從開始出現(xiàn)故障直到能正常工作所用的平均修復(fù)時間.

本文所講的機(jī)床性能主要指的是在機(jī)床長期使用過程中由于操作失誤、使用不當(dāng)和零部件磨損造成機(jī)床整體性能的降低,從而對所加工工件造成的影響.

圖1 車床整體結(jié)構(gòu)圖

2 刀具角度

車刀是切削過程中的重要工具,車刀的優(yōu)良程度直接影響工件的表面質(zhì)量.雖然近幾年人們更普遍的使用機(jī)械夾固式的車刀,但最好用的車刀還是技術(shù)人員手工刃磨出來的.在手動刃磨中車刀角度的大小就更為重要.以下是我們常見的幾個車刀角度(見圖2).

(1)前角γo:前刀面與基面的夾角,它影響刀具的鋒利程度和強(qiáng)度.在粗加工中,為了增加刀具強(qiáng)度可選擇前角小一些,在精加工中則相反.對于車刀材料而言,強(qiáng)度和韌性較好的材料可以選擇大一些的前角;對于工件材料而言,切削塑性材料時刀具前角大一些(5°～15°),切削脆性材料時刀具前角小一些(0° ～10°).

(2)后角αo:主后刀面與切削平面之間的夾角,與前角相同,它也影響刀具的鋒利程度和強(qiáng)度.除此之外,后角的大小影響刀具主后刀面與工件之間的摩擦,因此,精加工時在不產(chǎn)生摩擦的前提下盡量選擇小一點(diǎn)的后角.在切削厚度較小時后角可以大一些,在切削厚度較大時后角可以小一些,一般后角選擇范圍為6°～8°.

(3)主偏角kr:主切削刃與進(jìn)給方向在基面上投影的夾角,它影響切削刃工作長度、軸心力、刀具強(qiáng)度和散熱.主偏角越小,軸心力越大,刀刃工作長度越大,單位受力越小,散熱越好,但主偏角減小會在切削過程中產(chǎn)生較大的撓度,工件精度會隨之降低.對于剛性差的工件主偏角小一些,對于剛性好的工件,主偏角可適當(dāng)大一些.

(4)副偏角kr′: 副切削刃與進(jìn)給方向在基面上投影的夾角,它影響已加工表面的粗糙程度,減小副偏角,可以使被加工表面光潔.切削剛性好并且強(qiáng)度硬度高的工件時副偏角小一些(5°～10°),反之,副偏角大一些(10°～15°).

(5)刃傾角λs:主切削刃與基面之間的夾角,它影響切削流動方向,刀尖強(qiáng)度和抗沖擊能力.刃傾角為負(fù)值時,刀尖強(qiáng)度增加,切屑流向已加工表面(見圖3a);刃傾角為正值時,刀尖強(qiáng)度減小,切屑流向待加工表面,但切屑容易纏繞到機(jī)床上(見圖3b).刃傾角的范圍為0±5°(精加工取正值,粗加工取負(fù)值).

(6)刀尖:主切削刃與副切削刃相交的點(diǎn),它是刀具強(qiáng)度和散熱較差的地方.除去以上五個常見角度以外,刀尖形狀也會影響表面粗糙度.刀尖處較鋒利時,在切削時溫度較高,且易磨損,因此在不影響切削的情況下,刀尖形狀可以適當(dāng)磨出較小的圓弧,既減小磨損,又能修光已加工表面.

圖2 車刀角度

圖3 刃傾角正負(fù)對切屑流動方向的影響

3 變化與影響

在機(jī)械加工中,只有找到問題的根源才能更好的解決加工中的問題,機(jī)床性能和車刀角度的影響以多次實(shí)驗(yàn)車削的結(jié)果為例分別進(jìn)行說明.在多次的切削,調(diào)節(jié)及改變角度過程中會遇到各種問題.通過改變一個變量,進(jìn)行觀察,從而發(fā)現(xiàn)機(jī)床使用性能和車刀角度對工件精度的影響.試驗(yàn)中使用的是C6132A車床,工件材料為45#鋼,刀具材料為高速鋼.

(1)性能的影響.經(jīng)過長期使用的機(jī)床,導(dǎo)軌與主軸之間存在角度,當(dāng)切削尺寸誤差變化較小的軸時,測量后發(fā)現(xiàn)有錐度.小錐度的變化在范圍內(nèi)是允許的,當(dāng)錐度較大時,由于精加工留較小的余量,最后一刀車削完成后,錐度的存在會使工件前后表面粗糙度不同.車削細(xì)長軸使用頂尖裝夾時,由于尾架與主軸之間存在不同軸也會造成以上問題.假設(shè)主軸與尾架之間同軸,精加工時由于活頂尖內(nèi)的軸承有磨損,在工件轉(zhuǎn)動過程中,頂尖轉(zhuǎn)動不夠靈活,會造成切削后的工件表面出現(xiàn)一圈一圈的quot;層紋quot;.車床在切削過程中會有不可避免的振動,當(dāng)床腿處的緊固螺釘變松時,振動會變大出現(xiàn)振紋,從而使得工件表面粗糙度較差,精度降低.

(2)車刀角度影響.主切削刃的形狀會影響工件表面,當(dāng)主切削刃為圓弧時,刃口不夠鋒利,表面光亮但有條紋,此時的工件表面是擠壓成型的.當(dāng)主切削刃為直線時,表面沒有光亮,但工件表面沒有紋路,粗糙度能夠達(dá)到所需要求.副偏角的大小不僅會對工件表面造成影響,也會對車刀造成影響.當(dāng)副偏角較大時,由于工件只有主切削刃在切削,會使工件表面粗糙度較差,精度不夠好.當(dāng)副偏角較小時,在切削過程中副偏角會有一定的修光作用,使得工件尺寸達(dá)到要求的同時表面精度較好,但副偏角變小刀具與工件之間接觸面積過大不僅會損壞刀具,同時也會有刺耳的噪聲.此外,精加工最后一刀時前角和后角應(yīng)適當(dāng)大一些,車刀鋒利會使工件表面較好.由于車刀鋒利會造成磨損,重復(fù)使用率不高,需要及時刃磨.

4 結(jié)語

車床的性能和刀具的角度對工件精度的影響都不是單方面獨(dú)立的存在,它們相互影響.比如把活頂尖內(nèi)的軸承調(diào)節(jié)好,降低機(jī)床振動,工件表面精度也不一定最好,有可能角度影響了工件表面.主偏角選擇好,主切削刃刃磨好也可能表面還是有刮痕.在實(shí)際加工中我們需要不斷的調(diào)節(jié)各個角度跟機(jī)床性能,找到一個恰到好處的狀態(tài),才能使得傳統(tǒng)加工中的工件表面達(dá)到最好.

[1] 鄧文超.車刀角度對切削過程的影響[N].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2015,13:81-82.

[2]技工學(xué)校機(jī)械類通用教材編委會.車工工藝學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

[3]車工技術(shù)問答編寫組.車工技術(shù)問答[M].北京:北京出版社,1989.

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