数控技术毕业设计（论文）细长轴车削加工工艺毕业论文.doc

郑州交通职业学院毕 业 论 文（设 计）论文（设计）题目：细长轴车削加工工艺 所属系别 专业班级 数控技术 姓名 学号 指导教师 xxx 撰写日期 2012 年 5 月摘 要针对影响加工细长轴零件精度不高等因素，分析了如何提细长轴零件的加工精度，给出解决问题的具体方法。关键词: 细长轴，变形，装夹，精度Abstract Slender shaft machining precision parts is not higher factor analysis of how to mention the slender shaft parts machining accuracy, given a specific way to solve the problem.Key Words：slender shaft, deformation, clamping, accuracy目录1引言52细长轴车削的工艺特点53引起细长轴产生弯曲变形的原因63.1切削力导致变形63.1.1径向切削力PZ的影响63.1.2轴向切削力PX的影响73.2切削热产生的影响74加工前的准备工作84.1机床的调整84.2跟刀架调整84.3棒料的校直95提高细长轴加工精度的措施95.1选择合适的装夹方法95.1.1双顶尖法装夹法95.1.2一夹一顶的装夹法95.1.3双刀切削法105.1.4采用跟刀架和中心架105.1.5采用反向切削法车削细长轴105.2选择合理的刀具角度115.3采用中心架和跟刀架125.3.1用中心架支承车细长轴:125.3.2 用跟刀架支承车细长轴:135.4垫块145.5采用反向切削法车削细长轴156合理地控制切削用量166.1切削深度(t)166.2进给量(f)176.3切削速度(v)177 选择合理的刀具角度177.1前角()177.2主偏角(kr)177.3刃倾角(s)188加工时过程中的变形问题188.1切削力导致变形188.2切削热产生的影响188.3装夹不当引起的变形199 结论19参考文献20致 谢21附录1：附录一题目22附录2：附录二题目231引言 长度与之直径比大于2025(即L/d2025)的轴称之为细长轴。这类零件一般在车床上进行加工。在车削过程中，由于其刚性差，在切削力和切削热的作用下，细长轴很容易产生弯曲变形，这样就破坏了刀具和零件相对运动的准确性，使加工出来的细长轴产生中间粗、两头细的形状，严重影响零件的加工精度.同时细长轴产生弯曲变形后，还会引起工艺系统振动，影响零件的粗糙度。在切削力、重力和顶尖顶紧力的作用下，横置的细长轴是很容易弯曲甚至失稳，提高细长轴的加工精度问题，就是控制工艺系统的受力及受热变形的问题。因此，采用反向进给车削，配合以最佳的刀具几何参数、切削用量、拉紧装置和轴套式跟刀架等一系列有效措施。 以提高细长轴的刚性，得到良好的几何精度和理想的表面粗糙度，保证加工要求。 2细长轴车削的工艺特点细长轴刚性很差，车削时装夹不当，很容易因切削力及重力的作用而发生弯曲变形，产生振动，从而影响加工精度和表面粗糙度。细长轴的热扩散性能差，在切削热作用下，会产生相当大的线膨胀。如果轴的两端为固定支承，则工件会因伸长而顶弯。由于轴较长，一次走刀时间长，刀具磨损大，从而影响零件的几何形状精度。车细长轴时由于使用跟刀架，若支承工件的两个支承块对零件压力不适当，会影响加工精度。若压力过小或不接触，就不起作用，不能提高零件的刚度：若压力过大，零件被压向车刀，切削深度增加，车出的直径就小，当跟刀架继续移动后，支承块支承在小直径外圆处，支承块与工件脱离，切削力使工件向外让开，切削深度减小，车出的直径变大，以后跟刀架又跟到大直径圆上，又把工件压向车刀，使车出的直径变小，这样连续有规律的变化，就会把细长的工件车成“竹节”形。造成机床、工件、刀具工艺系统的刚性不良给切削加工带来困难，不易获得良好的表面粗糙度和几何精度。 3引起细长轴产生弯曲变形的原因 在车床上车削细长轴采用的传统装夹方式主要有两种：一种方式是细长轴的一端用卡盘夹紧，另一端用车床尾架顶尖支承(一夹一顶)；另一种方式是细长轴的两端均由顶尖支撑(双顶尖)。主要分析一夹一顶的装夹方式.其力学模型如图1所示。图1 一夹一顶装夹方式及力学模型通过分析研究，车削引起细长轴弯曲变形的原因主要有：3.1切削力导致变形在车削过程中，产生的切削力可以分解为轴向切削力PX、径向切削力PZ。不同的切削力对车削细长轴时产生弯曲变形的影响是不同的。3.1.1径向切削力PZ的影响 径向切削力是垂直作用在通过细长轴轴线水平平面内的，由于细长轴的刚性较差，径向力将会把细长轴顶弯，使其在水平面内发生弯曲变形.径向切削力对细长轴弯曲变形的影响，见图1。 3.1.2轴向切削力PX的影响 轴向切削力是平行作用在细长轴轴线方向上的，它对工件形成一个弯矩。对于一般的车削加工，轴向切削力对工件弯曲变形的影响并不大，可以忽略。但是由于细长轴的刚性较差，其稳定性也较差，当轴向切削力超过一定数值时，将会把细长轴压弯而发生纵向弯曲变形。如图2所示。图2 轴向切削力的影响及力学模型3.2切削热产生的影响车削加工产生的切削热，会引起工件热伸长。由于在车削过程中，卡盘和尾架顶尖都是固定不动的，因此两者之间的距离也是固定不变的。这样细长轴受热后的轴向伸长量受到限制，导致细长轴受到轴向挤压而产生弯曲变形。 因此可以看出，提高细长轴的加工精度问题，实质上就是控制工艺系统的受力及受热变形的问题。 4加工前的准备工作4.1机床的调整细长轴的加工过程需要使用床身导轨的全部或大部分，因此机床本身的精度对加工效率、质量有着相当重要的影响。由于机床导轨面磨损程度不同，因此首先要对机床做适当的调整。使主轴中心和尾座顶尖中心线与导轨全长平行。4.2跟刀架调整跟刀架是加工细长轴及其重要的附件。跟刀架的形式很多，但不管是哪种，其中心都必须与卡盘、尾座顶尖处于同一中心上（如 图1）。必要时可将圆柱铰刀或圆柱铣刀支持在三爪卡盘上，对跟刀架支撑头进行修正。加工细长轴时最好采用三支柱的跟刀架，支柱的材料为普通铸铁，因为这种材料的磨损较小能保证加工精度，而且不会研伤工件表面，能提高工件表面的光洁度。跟刀架爪与工件表面要接触良好，其压力大小是由操作者手感控制，不得过紧或过松。过紧，工件随着走刀，会产生竹节形误差，表面粗糙度加大；过松，工件容易跳动产生椭圆形、三菱形、竹节形等误差，表面粗糙度也会增大。图3 跟刀架架设示意图4.3棒料的校直对于精度要求高的零件要采用热校直法校直棒料，不宜冷校直，忌锤击。5提高细长轴加工精度的措施 在细长轴加工过程中，为提高其加工精度，要根据不同的生产条件，采取不同的措施，以提高细长轴的加工精度。 5.1选择合适的装夹方法5.1.1双顶尖法装夹法采用双顶尖装夹，工件定位准确，容易保证同轴度。但用该方法装夹细长轴，其刚性较差，细长轴弯曲变形较大，而且容易产生振动.因此只适宜于长径比不大、加工余量较小、同轴度要求较高、多台阶轴类零件的加工。5.1.2一夹一顶的装夹法采用一夹一顶的装夹方式。在该装夹方式中，如果顶尖顶得太紧，除了可能将细长轴顶弯外，还能阻碍车削时细长轴的受热伸长，导致细长轴受到轴向挤压而产生弯曲变形。另外卡爪夹紧面与顶尖孔可能不同轴，装夹后会产生过定位，也能导致细长轴产生弯曲变形.因此采用一夹一顶装夹方式时，顶尖应采用弹性活顶尖，使细长轴受热后可以自由伸长，减少其受热弯曲变形；同时可在卡爪与细长轴之间垫入一个开口钢丝圈，以减少卡爪与细长轴的轴向接触长度，消除安装时的过定位，减少弯曲变形。5.1.3双刀切削法采用双刀车削细长轴改装车床中溜板，增加后刀架，采用前后两把车刀同时进行车削。两把车刀，径向相对，前车刀正装，后车刀反装。两把车刀车削时产生的径向切削力相互抵消。工件受力变形和振动小，加工精度高，适用于批量生产。5.1.4采用跟刀架和中心架采用一夹一顶的装夹方式车削细长轴，为了减少径向切削力对细长轴弯曲变形的影响，传统上采用跟刀架和中心架，相当于在细长轴上增加了一个支撑，增加了细长轴的刚度，可有效地减少径向切削力对细长轴的影响。5.1.5采用反向切削法车削细长轴反向切削法是指在细长轴的车削过程中，车刀由主轴卡盘开始向尾架方向进给.这样在加工过程中产生的轴向切削力使细长轴受拉，消除了轴向切削力引起的弯曲变形。同时，采用弹性的尾架顶尖，可以有效地补偿刀具至尾架一段的工件的受压变形和热伸长量，避免工件的压弯变形。在车床上车削细长轴采用的两种传统装夹方式中，采用双顶尖装夹，工件定位准确，容易保证同轴度。但用该方法装夹细长轴，其刚性较差，细长轴弯曲变形较大，而且容易产生振动.因此只适宜于安装长径比不大、加工余量较小、同轴度要求较高的工件。 加工细长轴通常采用一夹一顶的装夹方式。但是在该装夹方式中，如果顶尖顶得太紧，除了可能将细长轴顶弯外，还能阻碍车削时细长轴的受热伸长，导致细长轴受到轴向挤压而产生弯曲变形。另外卡爪夹紧面与顶尖孔可能不同轴，装夹后会产生过定位，也能导致细长轴产生弯曲变形.因此采用一夹一顶装夹方式时，顶尖应采用弹性活顶尖，使细长轴受热后可以自由伸长，减少其受热弯曲变形；同时可在卡爪与细长轴之间垫入一个开口钢丝圈，以减少卡爪与细长轴的轴向接触长度，消除安装时的过定位，减少弯曲变形。如图4所示。 图4一夹一顶装夹方式的改进5.2选择合理的刀具角度为了减小车削细长轴产生的弯曲变形，要求车削时产生的切削力越小越好，而在刀具的几何角度中，前角、主偏角和刃倾角对切削力的影响最大。细长轴车刀必须保证如下要求：切削力小，减少径向分力，切削温度低，刀刃锋利，排屑流畅，刀具寿命长。从车削钢料时得知：当前角0增加10，径向分力Fr可以减少30%；主偏角Kr增大10，径向分力Fr可以减少10%以上；刃倾角s取负值时，径向分力Fr也有所减少。（1）前角(0) 其大小直接着影响切削力、切削温度和切削功率，增大前角。可以使被切削金属层的塑性变形程度减小，切削力明显减小。增大前角可以降低切削力，所以在细长轴车削中，在保证车刀有足够强度前提下，尽量使刀具的前角增大，前角一般取0=150 。车刀前刀面应磨有断屑槽，屑槽宽B=3.54mm， 配磨 br1=0.10.15mm，01=-25的负倒棱，使径向分力减少，出屑流畅，卷屑性能好，切削温度低，因此能减轻和防止细长轴弯曲变形和振动。（2）主偏角(kr) 车刀主偏角Kr是影响径向力的主要因素，其大小影响着3个切削分力的大小和比例关系。随着主偏角的增大，径向切削力明显减小，在不影响刀具强度的情况下应尽量增大主偏角。主偏角Kr=90（装刀时装成8588），配磨副偏角Kr=8100 。刀尖圆弧半径S=0.150.2mm，有利于减少径向分力。（3）刃倾角(s)倾角影响着车削过程中切屑的流向、刀尖的强度及3个切削分力的比例关系。随着刃倾角的增大，径向切削力明显减小，但轴向切削力和切向切削力却有所增大。刃倾角在-10+10范围内，3个切削分力的比例关系比较合理。在车削细长轴时，常采用正刃倾角+3+10，以使切屑流向待加工表面。（4）后角较小a0=a01=460 ，直接减少细长轴受力变形起防振作用。5.3采用中心架和跟刀架 采用一夹一顶的装夹方式车削细长轴，为了减少径向切削力对细长轴弯曲变形的影响，传统上采用跟刀架和中心架，相当于在细长轴上增加了一个支撑，增加了细长轴的刚度，可有效地减少径向切削力对细长轴的影响。5.3.1用中心架支承车细长轴:一般在车削细长轴时，用中心架来增加工件的刚性，当工件可以进行分段切削时，中心架支承在工件中间，如图5所示。在工件装上中心架之前，必须在毛坯中部车出一段支承中心架支承爪的沟槽，其表面粗糙及圆柱误差要小，并在支承爪与工件接触处经常加润滑油。为提高工件精度，车削前应将工件轴线调整到与机床主轴回转中心同轴。如图5所示：当车削支承中心架的沟槽比较困难或一些中段不需加工的细长轴时，可用过渡套筒，使支承爪与过渡套筒的外表面接触，如图6所示，过渡套筒的两端各装有四个螺钉，用这些螺钉夹住毛坯表面，并调整套筒外圆的轴线与主轴旋转轴线相重合。5.3.2 用跟刀架支承车细长轴:对不适宜调头车削的细长轴，不能用中心架支承，而要用跟刀架支承进行车削，以增加工件的刚性，如图6所示。跟刀架固定在床鞍上，一般有两个支承爪，它可以跟随车刀移动，抵消径向切削力，提高车削细长轴的形状精度和减小表面粗糙度，如图6(a)所示为两爪跟刀架，因为车刀给工件的切削抗力Fr，使工件贴在跟刀架的两个支承爪上，但由于工件本身的向下重力，以及偶然的弯曲，车削时会瞬时离开支承爪、接触支承爪时产生振动。所以比较理想的中心架需要用三爪中心架，如图6(b)所示。此时，由三爪和车刀抵住工件，使之上下、左右都不能移动，车削时稳定，不易产生振动。如图6所示：5.4垫块除跟刀架装置外，还可根据工件长度，在工件下面垫放不等距的木块(在切削中随放随取，保证拖板正常进给)，木块直接垫放在床身上其厚度以能轻微托牢工件为宜，木块制成半圆弧凹坑，运行时加机油润滑。这种垫块还具有消振作用，如图7所示。图 7垫木5.5采用反向切削法车削细长轴反向切削法是指在细长轴的车削过程中，车刀由主轴卡盘开始向尾架方向进给，如图9所示。 图8反向走刀车削图9反向切削法加工及力学模型这样在加工过程中产生的轴向切削力使细长轴受拉，消除了轴向切削力引起的弯曲变形。同时，采用弹性的尾架顶尖，可以有效地补偿刀具至尾架一段的工件的受压变形和热伸长量，避免工件的压弯变形。 6合理地控制切削用量 切削用量选择的是否合理，对切削过程中产生的切削力的大小、切削热的多少是不同的。因此对车削细长轴时引起的变形也是不同的。粗车和半粗车细长轴切削用量的选择原则是：尽可能减少径向切削分力，减少切削热。车削细长轴时，一般在长径比及材料韧性大时，选用较小的切削用量，即多走刀，切深小，以减少振动，增加刚性。 6.1切削深度(t)在工艺系统刚度确定的前提下，随着切削深度的增大，车削时产生的切削力、切削热随之增大，引起细长轴的受力、受热变形也增大。因此在车削细长轴时，应尽量减少切削深度。6.2进给量(f)进给量增大会使切削厚度增加，切削力增大。但切削力不是按正比增大，因此细长轴的受力变形系数有所下降.如果从提高切削效率的角度来看，增大进给量比增大切削深度有利。 6.3切削速度(v)提高切削速度有利于降低切削力。这是因为，随着切削速度的增大，切削温度提高，刀具与工件之间的摩擦力减小，细长轴的受力变形减小。但切削速度过高容易使细长轴在离心力作用下出现弯曲，破坏切削过程的平稳性，所以切削速度应控制在一定范围。对长径比较大的工件，切削速度要适当降低。7 选择合理的刀具角度 为了减小车削细长轴产生的弯曲变形，要求车削时产生的切削力越小越好，而在刀具的几何角度中，前角、主偏角和刃倾角对切削力的影响最大。 7.1前角() 其大小直接着影响切削力、切削温度和切削功率.增大前角，可以使被切削金属层的塑性变形程度减小，切削力明显减小。 增大前角可以降低切削力，所以在细长轴车削中，在保证车刀有足够强度前提下，尽量使刀具的前角增大，前角一般取=15。7.2主偏角(kr)其大小影响着3个切削分力的大小和比例关系。随着主偏角的增大，径向切削力明显减小，切向切削力在6090时却有所增大。在6075范围内，3个切削分力的比例关系比较合理。在车削细长轴时，一般采用大于60的主偏角。 图10刀具切削几何角度7.3刃倾角(s)倾角影响着车削过程中切屑的流向、刀尖的强度及3个切削分力的比例关系。随着刃倾角的增大，径向切削力明显减小，但轴向切削力和切向切削力却有所增大。8加工时过程中的变形问题8.1切削力导致变形在车削过程中，产生的切削可以分解为轴向切削力Fx、径向切削力Fy及切向切削力Fz，它们将使轴产生水平和纵向方向的弯曲。8.2切削热产生的影响车削加工产生的切削热会引起工件热伸长，在车床上车削细长轴采用的传统装夹方式主要有两种：一种是细长轴的一端用卡盘夹紧，另一端用车尾架尖支撑（一夹一顶）如图11；图11 一夹一顶装夹方式另一种是细长轴的两端均由顶尖支撑（双顶尖）。由于在车削过程中，卡盘和尾架顶尖都是固定不动的，这就使细长轴受热后的轴向伸长量受限，导致细长轴受到轴向挤压而产生弯曲变形。8.3装夹不当引起的变形车细长轴时，由于使用跟刀架，若支撑工件的两个支撑块对零件压力不适当，会造成轴弯曲变形而影响加工精度。若压力过小或不接触，工件产生让刀现象，切削直径变大；若压力过大，零件会被压向车刀，切削深度增加，车出的直径就小。同时，跟刀架的移动会使支撑块在小直径外圆处与工件脱离，切削力使工件向外让开，切削深度减小，车出直径变大。到大直径圆处，又把工件压向车刀，使车出的直径变调，这样连续有规律的变化，会把细长的工件车成“竹节”形，给切削加工带来困难，不易获得良好的表面粗糙度和几何精度。因此，提高细长轴加工精度的问题，实际上就是控制工艺系统的受力及受热变形的问题。9 结论 细长轴的车削加工是机械加工中比较常见的一种加工方式。由于细长轴刚性差，车削时产生的受力、受热变形较大，很难保证细长轴的加工质量要求。通过采用合适的装夹方式和先进的加工方法，选择合理的刀具角度和切削用量等措施，可以保证细长轴的加工质量要求。参考文献王绍林.机械制造工艺与装备.北京：中国劳动社会保障出版社.葛中民。机械设计基础.北京：中央广播电视大学出版社.车路.车工技术丛书.北京出版社，1993.05任信华.车工工艺学.科学普及出版社，1985.01赵志修.机械制造工艺学.机械工业出版社，1985.03顾崇衔.机械制造力学分析.机械设计与制造,2004.10致 谢大学四年的学习生活即将结束，在此，我要感谢所有曾经教导过我的老师和关心过我的同学，他们在我成长过程中给予了我很大的帮助。本文能够成功的完成，要特别感谢我的导师XXX教授的关怀和教导。附录1：附录一题目附录2：附录二题目指导教师评语（主要评价论文的工作量、试验数据的可靠性、论文的主要内容与特点、写作水平等）：论文的工作量：试验数据的可靠性：论文的主要内容与特点、写作水平： 签 名： 年 月 日答辩委员会评语及论文成绩（主要评价论文的性质、难度、质量、综合训练、答辩情况、不足等。评定论文成绩）：论文的性质、难度、质量：学生的综合训练、答辩情况、不足等：论文成绩：主任委员签名： 年 月 日郑州交通职业学院毕业论文（设计）任务书 论文（设计）题目 学 院 专 业 班 级 学 号 姓 名 2008年 月 日论文（设计）选题的来源、目的与意义：论文（设计）的主要内容：进度计划（进度时间、主要工作内容）：主要参考文献：论文（设计）工作起讫日期： 年 月 日至年 月 日指导教师（签名）主任（签名）