孫樹通

細(xì)長(zhǎng)軸剛性差,對(duì)振動(dòng)、切削力和切削溫度十分敏感,是軸類件中較難加工的零件,而振動(dòng)是直接影響細(xì)長(zhǎng)軸加工質(zhì)量和切削效率的主要因素。但是,細(xì)長(zhǎng)軸加工是中級(jí)車工必修的訓(xùn)練課題之一。那么如何做好該課題的教學(xué),幫助學(xué)生提高訓(xùn)練效率呢?

一、幫助學(xué)生分析工件產(chǎn)生振動(dòng)的原因

引起工件振動(dòng)的原因主要包括:工件旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力;車刀的幾何角度選擇不當(dāng)會(huì)增加切削力,在相同的切削條件下,切削力大,振動(dòng)就大;加工方法不合理;在一定的切削速度范圍內(nèi),振動(dòng)隨著切削速度的增加而逐漸增大。

二、指導(dǎo)學(xué)生找出提高加工質(zhì)量的方法

1.使用輔具

正確使用輔具,注意具體操作方法,要有嚴(yán)格的工藝要求和有效的措施,可以提高工件的剛性,減少振動(dòng)和變形,獲得必要的幾何精度和表面粗糙度。

車削時(shí),工件往往因離心力的作用瞬時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)。因此,常采用三爪跟刀架,用三個(gè)卡爪和車刀抵住工件,使其在車削時(shí)上下前后都不能徑向跳動(dòng)。

切削中跟刀架三支承爪與車刀組成兩對(duì)徑向壓力,平衡切削時(shí)產(chǎn)生的徑向力。工件只能繞軸線旋轉(zhuǎn),能平穩(wěn)地切削加工。要達(dá)到以上的效果,須做好兩方面的工作。

(1)跟刀架支承爪的修正。為了使跟刀架三支承爪與工件表面充分接觸,需對(duì)跟刀架三支承爪進(jìn)行工藝修正。修正時(shí)應(yīng)在本車床上進(jìn)行。先將跟刀架固定在床鞍上,并在卡盤上裝夾一支銑刀(銑刀直徑大于細(xì)長(zhǎng)軸工件直徑),調(diào)整好跟刀架支承爪,起動(dòng)主軸慢速進(jìn)給,將跟刀架三支承爪的支承面進(jìn)行研配,獲得精度較高的表面粗糙度。

(2)跟刀架三支承爪與工件接觸的調(diào)整。跟刀架三支承爪與工件的接觸應(yīng)恰到好處。過松易使工件跳動(dòng),造成切削時(shí)讓刀;過緊則支承爪對(duì)工件壓力過大,把工件推向車刀一邊,隨著進(jìn)給遠(yuǎn)離頂尖(卡盤),易使車刀切削深度隨工件剛性減弱而增大,使工件直徑減小,當(dāng)跟刀架移動(dòng)至工件直徑減小的外圓上時(shí),工件又會(huì)讓開車刀,使切削深度減小,結(jié)果工件直徑又會(huì)增大、這樣多次循環(huán),工件就形成了竹節(jié)形,成了廢品。

跟刀架支承爪與工件的接觸調(diào)整之前,工件一夾一頂,在卡盤外車出一個(gè)長(zhǎng)20mm縮頸部位(縮頸直徑 (平排),D為工件毛坯直徑)和一個(gè)支撐處外圓(一般比支承爪長(zhǎng)15mm左右)。然后調(diào)整好三個(gè)支承爪與工件支撐處外圓接觸(調(diào)整順序?yàn)楹笾С凶Α轮С凶Α现С凶?,支承爪弧面與工件的配合間隙控制在0.02～0.03mm,保證支承爪對(duì)工件的作用力在其半徑的方向,調(diào)整好后開始對(duì)整軸粗加工,這時(shí)跟刀架在后,車刀在前,精車時(shí),跟刀架在前,車刀在后。

2.提高車刀刃磨技術(shù),合理選擇車刀的幾何角度

合理地選擇刃磨車刀幾何角度,可保證加工質(zhì)量,提高生產(chǎn)效率,是學(xué)生必須掌握的關(guān)鍵技術(shù)。

刀具幾何角度,特別是主偏角,對(duì)細(xì)長(zhǎng)軸切削加工的生產(chǎn)率,刀具的耐用度,被加工表面的粗糙度,切削力度以及加工硬化等都有很大的影響。主偏角的大小直接影響切削力中軸向力和徑向力的分配比例。當(dāng)主偏角的選取小值時(shí),徑向分力增大。細(xì)長(zhǎng)軸剛性差,為減少彎曲,要求徑向切削力越小越好,因此,在不影響刀具強(qiáng)度情況下,應(yīng)盡量增大車刀主偏角。

前角對(duì)切削過程中的振動(dòng)和車刀的強(qiáng)度影響極大,增大前角,則刀刃鋒利,可以降低切削力和切削熱,應(yīng)選擇前角最佳數(shù)值。在前刀面磨出圓弧型卷屑槽,有利于斷屑。為了提高刀具耐用度還要磨出負(fù)倒棱。

A、粗車刀(YT15):前角取13°;后角取雙重后角2°～3°、6°～ 8°;主偏角為90°;副偏角為15°;刀尖處磨有圓弧過渡刃,增加刀尖強(qiáng)度,改善散條件。

B、精車刀(YT15):主偏角為了減少徑向切削分力取93°;主后角取6°;前角取10°;副后角取6°;副偏角為10°。

3.選擇正確的裝夾和車削方法

針對(duì)細(xì)長(zhǎng)軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),選擇正確的裝夾和車削方法,才能提高生產(chǎn)效率和保證加工質(zhì)量。

細(xì)長(zhǎng)軸的裝夾一端用卡盤支夾,另一端用頂尖支承。不宜夾得過長(zhǎng),一般在15mm左右,并用￠(希臘字母)5mm長(zhǎng)約25mm的圓柱銷墊在卡盤的凹槽中,以點(diǎn)接觸,避免卡爪裝夾時(shí)接觸面過長(zhǎng)造成應(yīng)力變形。在靠近卡盤一端的工件上車出一個(gè)縮頸部分,因工件直徑車小后,柔性增加,具有自位作用,消除坯料本身的彎曲而在卡盤強(qiáng)制支夾的作用下軸心線隨之歪斜的影響。

車削時(shí),走刀一般是從車床的尾座向卡盤端進(jìn)行車削,但加工細(xì)長(zhǎng)軸時(shí),宜采用反向走刀。正向走刀時(shí),細(xì)長(zhǎng)軸處于受壓狀態(tài),會(huì)發(fā)生側(cè)彎變形,降低加工質(zhì)量及粗糙度;反向走刀時(shí),軸內(nèi)部產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力,不會(huì)徑向變形,只會(huì)在軸向直線應(yīng)變,不會(huì)影響細(xì)長(zhǎng)軸的直線度,振動(dòng)明顯減少,加工質(zhì)量和精度明顯提高。

4.預(yù)防切削過程中的熱變形伸長(zhǎng)

細(xì)長(zhǎng)軸熱擴(kuò)散性能差,車削時(shí)會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的線膨脹而彎曲變形,因此,要預(yù)防細(xì)長(zhǎng)軸在切削過程中的熱變形伸長(zhǎng)的不利影響。

加工細(xì)長(zhǎng)軸時(shí),要隨軸向力的大小調(diào)整尾座頂尖的松緊,因?yàn)轫敿獾捻斄^大或過小都能引起工件的跳動(dòng)。加工時(shí),因工件的熱變形和物理機(jī)械性能不同,其伸縮率也是變化的,因此在車削前就需要調(diào)整。檢驗(yàn)頂力大小的方法是將兩手指(食指和拇指)輕輕放在活頂尖上,若能使頂尖停止旋轉(zhuǎn),則頂力大小合適。也可采用彈性活頂針軸向伸縮并加注充分的切削液,避免工件彎曲變形。

綜上所述,加工細(xì)長(zhǎng)軸時(shí),應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行工藝分析,查找振動(dòng)原因。合理應(yīng)用跟力架,培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際操作能力,從切削力側(cè)重刀具幾何角度的刃磨,以合理的加工步驟引導(dǎo)學(xué)生掌握加工方法,提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。從而保證細(xì)長(zhǎng)軸加工質(zhì)量達(dá)到技術(shù)要求。

(作者單位:廣東省工商技工學(xué)校)