细长轴车削变形和加工研究.docx

细长轴车削变形和加工研究【摘要】细长轴加工中产生的振动对加工精度有着重要的影响。理论上用有限元法分析采用不同装夹方法导致的细长轴加工变形;实践上运用不同的加工工艺进行多次试验、并设计了新型拉紧式夹具;能够较好地控制振动和变形从而保证了加工精度提高了加工效率。【关键词】有限元分析;工艺;夹具由于细长轴长径比大、刚性差在车削时切削热、振动、切削力、重力、切削力等因素对其加工有着重要的影响。如图一所示饰品机械中的圆柱蜗杆【梭杆】工件长度为378mm直径为φ10mm长径比L/d≈40表面粗糙度和精度都有较高的要求。如果采用传统的车削方法车削时易产生振动和弯曲变形从而严重影响加工的精度和效率。为此理论上进行变形分析研究实践中经过大量试验并设计出新型拉紧夹具采取了一定的工艺措施可加工精度要求较高的细长轴。图一圆柱蜗杆【梭杆】一影响细长轴加工变形的因素和常见加工误差影响细长轴加工变形的因素如图二所示。振动导致切削异常现象造成细长轴加工表面的各种形状误差常见的细长轴车削加工误差的分为三类：（1）表面粗糙有细小针叶状的振纹（2）麻花形误差有扭曲的带状振纹（3）竹节状形状和尺寸误差。图二多种因素对细长轴精度的影响二细长轴车削变形的理论分析（1）装夹方法三种装夹方法：一夹一顶方式前端采用三爪卡盘夹紧、尾部采用弹性活顶尖;两端顶方式前端采用死顶尖、尾部采用弹性活顶尖;一夹一拉【两端拉】方式前端采用三爪卡盘夹紧、尾部采用死顶尖定位并采用专用夹具拉紧;这三种方式都采用可调浮动跟刀架作为辅助支承。（2）受力模型细长轴车削过程中切削力及其作用点是动态变化的;为了分析细长轴车削过程中变形把工件材料认为是理想弹性体约束进行简化：将卡盘夹紧处简化为固定约束;尾部采用弹性活顶尖顶紧或拉紧的方式认为顶紧（或拉紧）力是恒定的顶尖处可简化为一简支约束。（3）切削力的计算图三细长轴车削时受力分析细长轴车削时受力如图三所示Fv为主切削力Ff为进给切削力Fr为径向切削力F为总切削力。在切削钢件梭杆时切削力的大小近似计算如下：Fv≈2000×ap×f=2000×1.2×0.12=288（N）Ff≈0.25×Fv=0.25×288=72（N）Fr≈0.4×Fv=0.4×288=115.2（N）公式中：ap―切削深度mm;F―进给量mm/r;（4）变形的有限元分析细长轴车削时受到径向、切向、轴向3个方向的外力采用有限元法取10个结点进行径向、轴向即如图三所示的X、Y、Z三个方向的变形进行了分析分析的结果如图四、图五所示。通过分析在同等切削条件下一夹一拉方式加工变形只有一夹一顶方式的1/3―1/5;所以采用一夹一拉【两端拉】装夹方式比其他两种传统装夹方法可有效地减小振动和变形。图四一夹一拉方式细长轴的变形曲线图五一夹一顶方式细长轴的变形曲线三细长轴加工的工艺方法3.1合理选择装夹方法细长轴加工中常用的装夹方法有：1、一夹一顶方式2、两端顶方式;用跟刀架或中心架作为辅助支撑来增加工件的刚性对刚性较好的可以采用但对于长径比很大的细长轴由于顶尖的顶力作用致使轴在加工中受到的径向弯曲力加大从而使轴的弯曲变形加大。再加之切削热的作用工件热伸长增大了轴的弯曲变形。因此一夹一顶的传统方法加工细长轴不能很好的消除弯曲变形。一夹一拉【两端拉】方式拉紧力越大加工效果就越好;根据前面的分析可知由于两端拉力致使轴在加工中受的径向弯曲力减小而使轴的弯曲变形减小;即使切削热使工件受热膨胀增长拉紧力能有效地防止工件伸长变形因此一夹一拉【两端拉】方式加工方法与传统加工方法相比能有效地加工精度。3.2合理选择切削用量切削用量对细长轴加工有显著的影响;当工件材料为中碳钢或中碳合金钢选用刀具材料为YT15硬质合金时的切削用量如下：（1）切削速度VC的选择：车削细长轴时一般当VC=60m/mm左右时容易产生振动。故粗车时取VCQ50m/min;精车时取VCR70～100m/min。（2）进给量f的选择：粗车时取f=0.12―0.2mm/r精车时取f=0.05―0.08mm/r。（3）切削深度ap的选择：车削细长轴时随着ap增大振动和变形不断增大。故粗车时取ap=0.8-1.2mm精车时取ap=0.08-0.12mm。3.3合理选择刀具几何形状合理地选择刀具几何形状能够保证细长轴加工的平稳性保证零件的加工精度和表面质量。（1）前角γ。