CN103611948A - 细长杆零件在普通车床上的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种细长杆零件在普通车床上的加工方法，属于机械加工领域。本发明通过改进细长杆零件装夹方法、改变车削的走刀方向、改进跟刀架的结构及调整方法、改进刀具的几何参数、刀具的安装位置，加工完成的细长杆零件尺寸精度、形状精度满足图纸要求，省去了成品校直的工序，降低了加工成本，缩短了加工周期，提高了生产效率。

Description

细长杆零件在普通车床上的加工方法

技术领域

本发明涉及一种细长杆零件在普通车床上的加工方法，属于机械加工领域。

背景技术

所谓细长杆是指零件的长度L与直径d之比L/d≥25的情况。它与一般的轴类零件相比，存在工件细长、刚性差及受热影响变形较大的特点，这给车削加工带来很大的困难，不容易获得良好的几何形状精度。在普通车床上的常规车削方法是：先将细长杆零件装夹于车床主轴箱的三爪夹盘和尾座的顶尖之间，然后在中心架、跟刀架的配合下采用正向切削法用标准刀具进行车削。由于细长杆零件本身结构的特点以及加工工艺的原因，车削完成的细长杆零件有较大的弯曲变形，为了使零件达到图纸要求的精度，就需要增加校直工序，零件精度要求越高，校直的次数越多。尽管经过了校直工序，有些细长杆零件还是因为不能满足图纸要求而报废。

发明内容

本发明的目的在于提供一种细长杆零件在普通车床上的加工方法，该方法能够保证细长杆零件的尺寸精度和形状精度，从而省去了细长杆零件成品的校直工序，降低加工成本，缩短加工周期。

技术解决方案：

本发明装夹方法：用卡爪定心、夹紧细长杆零件时，在三个卡爪与零件的接触面之间分别垫一个φ4mm-φ6mm的钢丝段，细长杆零件装入卡爪的长度15mm-20mm，钢丝段横向放入卡爪的防滑槽内；

跟刀架采用三个支承爪，调整顺序依次为，后支承爪、上支承爪、下支承爪；

车刀安装位置：粗车时刀尖要高于细长杆零件中心0.4m-0.6mm,精车时，刀尖要低于细长杆零件中心0.1mm-0.2mm；

走刀方向为反向切削；

车刀几何参数：主偏角75°～80°、前角20°～30°、刃倾角3°～5°、主后角10°～15°、副后角2°～3°、前刀面磨R1.5mm～R3mm的断屑槽、刀尖圆弧半径小于0.3mm。

粗加工后热处理：中温时效400℃,保温4小时，随炉冷却；弯曲度若不满足要求，需要增加进行校直工序，之后低温时效200℃-240℃，保温2-3小时，随炉冷却。

进一步：车刀参与切削前，尾座顶尖顶紧力的调整方法：用手捏住转动的尾座顶尖，尾座顶尖即停止转动，而细长杆零件仍然转动；松手后尾座顶尖能随着细长杆零件继续同步转动，尾座顶尖的顶紧力达到这种状态时开始进行切削工序。

本发明通过改进细长杆零件装夹方法、改变车削的走刀方向、改进跟刀架的结构及调整方法、改进刀具的几何参数、刀具的安装位置，加工完成的细长杆零件尺寸精度、形状精度满足图纸要求，省去了成品校直的工序，降低了加工成本，缩短了加工周期，提高了生产效率。

附图说明

图1为本发明示意图；

图2为本发明示意图；

图3为本发明卡爪上放置钢丝段的局部放大图。

具体实施方式

对比例：

1）细长杆零件装夹方法：

常规的装夹方法，三爪和顶尖将细长杆零件刚性夹紧，所以在车削过程中，细长杆零件由于切削力、切削热及自重的影响而产生的变形无法调整，切削过程中这种变形的不断积累，必然导致细长杆零件产生严重的弯曲变形。

改进的装夹方法，用卡爪5定心、夹紧细长杆零件6时，在三个卡爪5与细长杆零件6的接触面之间分别垫一个φ5mm的钢丝段4。细长杆零件6装入卡爪5的长度15mm-20mm，钢丝段4横向放入卡爪5的防滑槽3内，由于钢丝段4为柔性结构，所以当细长杆零件6在切削状态产生热变形的时候，可以起到方向调节的作用，或在细长杆零件6靠近卡爪5处车一段“缩颈”，也可以实现方向调节的目的。这些措施的实施，可以有效地控制细长杆零件6在车削过程中的变形，从而减小或避免了细长杆零件6的弯曲变形。

2）车削的走刀方向：

常规的走刀方向，为正向切削，即从尾座14向主轴箱1方向的切削，切削产生的轴向分力指向主轴箱1，由于细长杆零件6刚性装夹于三爪夹盘上，无法消除切削产生的轴向分力，这就使细长杆零件受压而产生弯曲变形。

改进的走刀方向，反向切削，即从主轴箱1向尾座14方向的切削，切削产生的轴向分力指向尾座14，此时如果尾座顶尖13的顶紧力合适，将会平衡掉这个轴向分力，从而使细长杆零件6受热伸长后的变形量得以释放，从而避免了细长杆零件6的弯曲变形。

尾座顶尖13顶紧力的调整方法：车刀参与切削前，用手捏住转动的尾座顶尖13，尾座顶尖13即停止转动，而细长杆零件6仍然转动;松手后尾座顶尖13能随着细长杆零件6继续同步转动，尾座顶尖的顶紧力达到这种状态时，就可以使细长杆零件6受热伸长后的变形量随着尾座顶尖13顶紧力的变化而释放。

3）跟刀架的结构及调整：

常规的跟刀架结构，为两个支承爪结构，上面一个，后面一个,细长杆零件由于没有对称的平衡力夹紧，所以在车削过程中，由于本身的重力及不可避免的弯曲，会因离心力瞬时离开或接触支承爪而产生振动，从而不能保证细长杆零件加工的尺寸精度和形状精度。

改进的跟刀架结构，为三个支承爪结构，上支承爪10、下支承爪12、后支承爪11，跟刀架9的三个支承爪与车刀8组成两对平衡的径向力，使细长杆零件6在车削时，上下、前后都不能移动，车削过程稳定，不易产生振动，从而保证了细长杆零件6加工的尺寸精度和形状精度及表面粗糙度。

跟刀架9支承爪的调整，先调整后支承爪11，即与车刀相对的支承爪，以确保刀具的切削位置，再顺序调整上支承爪10、下支承爪12，保证工件重力方向支承和夹紧的平衡性。调整时综合运用手感、耳听、目测等方法，使跟刀架9的支承爪刚好接触细长杆零件6，如果跟刀架9的支承爪和细长杆零件6接触压力过大，会把细长杆零件6车成“竹节形”，压力过小则不能起到跟刀架的作用。

基准外圆的车削，装夹细长杆零件6后，在靠近三爪卡盘2处车长度约40mm的基准外圆，用于安装跟刀架9，切削量大小视细长杆零件6毛坯料的实际情况而给定。

4)车削细长杆零件用车刀的几何参数：

常规车刀的几何参数：前角10°～15°、主偏角80°～93°、刃倾角0°、主后角6°～8°。

本发明改进车刀8的几何参数：

为减小细长杆零件6弯曲变形，车削过程中径向切削力越小越好，合理的车刀8主偏角75°～80°。

为减小切削力和切削热，应选择较大的车刀8前角20°～30°。

车刀8前刀面磨R1.5mm～R3mm的断屑槽，使切削顺利卷曲折断

车刀8刃倾角选择3°～5°，使切屑流向待加工表面。

车刀8切削刃表面粗糙度Ra0.4以上，并要经常保持锋利。

为降低车刀8的磨损，选较大的主后角10°～15°，另外在车刀8主后角的最前端即从刀尖开始磨出副后角2°～3°，副后角可起到支撑工件、有效减小径向切削力、加工平稳的作用，刀尖圆弧半径小于0.3mm。

5）车刀8安装位置：

常规车削时，刀具的安装位置是刀尖与细长杆零件的中心线齐平，很容易出现扎刀现象。

本发明改进的装刀位置：粗车工序，装刀时刀尖要高于细长杆零件6中心0.5mm,可避免产生扎刀现象；精车工序，装刀时刀尖要低于细长杆零件6中心0.1mm,可起到支撑零件的作用，使车削过程更加平稳，可靠，车削效果更好。

6）车刀8材料：

粗车工序选用耐磨性好的硬质合金车刀，YT15、YT30。

精车工序选用高速钢宽刃车刀，即W18Cr4V宽刃车刀，可进行大走刀量切削，从而提高细长杆零件8的尺寸精度，降低表面粗糙度，

与常规车削选用的刀具材料相同，但精加工时选用的刀具规格不同，即宽刃车刀。

7）切削液的选择：

常规车削，精车、粗车都选用乳化液，冷却效果一般。

本发明在低速精车工序采用硫化油作为切削液，冷却效果要优于乳化液，保证了零件的加工质量。

8）解决细长杆零件6的变形问题，除了改进车削工艺和装夹方法外，还需要必要的热处理工序，二者的有效结合才能更好地避免细长杆零件在普通车床上的加工变形。

实施例1

图纸尺寸为Φ15f7L=160042CrMo HB260-280的细长杆零件车削工艺

设备：普通车床CA6140

1、调整车床尾座顶尖中心与主轴中心同轴。

2、车端面，打中心孔。

3、装夹工件

毛坯料Φ30L=1610

工件一端装入三爪卡盘，夹紧长度15mm-20mm,并在三个卡爪与工件的接触面之间分别垫入φ5mm的钢丝段，钢丝段横向放入卡爪的防滑槽内;工件另一端用尾座顶尖顶紧。

4、装夹刀具

刀具材料硬质合金：YT15或YT30。

装夹刀具后刀尖位置要高于工件中心0.5mm。

5、车削基准外圆

从距离三爪卡盘适当位置处（保证三爪卡盘与跟刀架的安全距离）车削工件外圆，长度40mm，切削量大小视细长杆零件毛坯料的实际情况而给定，以工件整个长度见圆为宜，表面粗糙度≤3.2。

6、调头车端面，保证尺寸1600，打中心孔。

7、安装跟刀架并调整跟刀架的支承爪

7a、将跟刀架安装于工件基准外圆处，并与车床三爪卡盘有一定的安全距离。

7b、调整跟刀架支承爪

顺序调整后支承爪、上支承爪、下支承爪，保证支承爪与工件基准外圆表面接触力合适。

8、粗车

冷却液选用冷却性能好的乳化液。

8a、外圆见光，切削量视工件实际弯曲度确定，同时要考虑与基准外圆接刀处的切削质量，外圆见光后的径向尺寸要比基准外圆处径向尺寸单边深0.05mm。

8b、中心架的安装

在粗车、精车过程中，车削至工件长度的1/3-1/4位置时，安装中心架，随着车削过程的继续，中心架逐渐移动，直至移动到工件长度的1/2位置时，不再移动中心架。

8c、采用反向切削法粗车

第一刀，a_p=3mm-4mm f=0.3mm/r-0.4mm/r n=250r/min

第二刀，a_p=2mm-2.5mm f=0.3mm/r-0.4mm/r n=250r/min

切削量递减，车至Φ18mm

粗车过程中，适时地调整尾座顶尖的顶紧力，以创造空间释放工件受热伸长后的变形量。

顶尖调整方法：在车削状态下，用手捏住转动的顶尖，顶尖即停止转动，而细长杆零件仍然转动;松手后顶尖能随着细长杆零件继续同步转动，掌握好这个力度就可以创造空间，使工件受热伸长后的变形量随着顶尖顶紧力的变化而释放。

9、热处理

中温时效400℃,保温4小时，随炉冷却。

弯曲度若不满足要求，进行校直工序后，低温时效200℃-240℃，保温2-3

小时，随炉冷却。

10、研中心孔

11、采用反向切削法半精车

a_p=1.2mm f=0.25mm/r-0.3mm/r n=200r/min外圆车至Φ16.8mm

a_p=0.8mm f=0.25mm/r-0.3mm/r n=200r/min外圆车至Φ16mm

a_p=0.6mm f=0.25mm/r-0.3mm/r n=200r/min外圆车至Φ15.4mm

半精车过程中，适时地调整尾座顶尖的顶紧力，以创造空间释放工件受热伸长后的变形量。

12、采用反向切削法精车

刀具材料：W18Cr4V宽刃车刀

装夹刀具后刀尖位置要低于工件中心0.1mm

冷却液选用硫化油

a_p=0.1mm f=2mm/r-3mm/r n=10r/min

视实际车削情况，分几次车成，外圆车至

精车过程中，适时地调整尾座顶尖的顶紧力，以创造空间释放工件受热伸长后的变形量。

13、检验

通过以上加工方法在普通车床上车削完成的细长杆零件，尺寸精度、形状精度符合图纸要求，不需在成品环节增加冷校工序，完全满足使用要求。

Claims (2)

1.细长杆零件在普通车床上的加工方法，其特征在于，装夹时：用卡爪（5）定心、夹紧细长杆零件（6）时，在三个卡爪与零件的接触面之间分别垫一个φ4mm-φ6mm的钢丝段（4），细长杆零件（6）装入卡爪（5）的长度15mm-20mm，钢丝段（4）横向放入卡爪的防滑槽（3）内；

跟刀架（9）采用三个支承爪，调整顺序依次为，后支承爪（11）、上支承爪（10）、下支承爪（12）；

车刀（8）安装位置：粗车时刀尖要高于细长杆零件中心0.4mm-0.6mm,精车时，刀尖要低于细长杆零件中心0.1mm-0.2mm；

走刀方向为反向切削；

车刀（8）几何参数为：主偏角75°～80°、前角20°～30°、刃倾角3°～5°、主后角10°～15°、副后角2°～3°、前刀面磨R1.5mm～R3mm的断屑槽、刀尖圆弧半径小于0.3mm；

粗加工后热处理：中温时效400℃,保温4小时，随炉冷却；弯曲度若不满足要求，进行校直工序后，低温时效200℃-240℃，保温2-3小时，随炉冷却。

2.根据权利要求1所述的细长杆零件在普通车床上的加工方法，其特征在于，车刀参与切削前，尾座顶尖（13）顶紧力的调整方法：用手捏住转动的尾座顶尖（13），尾座顶尖（13）即停止转动，而细长杆零件（6）仍然转动；松手后尾座顶尖（13）能随着细长杆零件（6）继续同步转动，尾座顶尖的顶紧力达到这种状态时开始进行切削工序。

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