1、第 1 页 2019-7-12合 肥 通 用 职 业 技 术 学 院毕业论文论文题目： 车削细长轴关键技术的研究学院/系别： 合肥通用职业技术学院/机械工程系专业/班级：机 电 一 体 化 904 班学 制： 三 年姓 名： 汪 胜 利学 号： 11090423指导教师： 刑 洁答辩日期： 成 绩 ： 2011 年 10 月 21 日第 2 页 2019-7-12引 言随着我国的国民经济的不断发展，制造业是为国民经济各行业创造和提供机器产品的行业。当随着人们观念的改变，节约意识也已经是每一位机械制造工程师在制造一件合格机器前所必须考虑的事情。在满足同等工作条件下，以前笨重而占地的机器已不再适用
2、当下以“节能减排”的时代。所以，满足同样的工作条件下，轻小型的机器比重会逐渐加大，而生产这种机器会逐渐提高到细长轴的使用度。与此同时，在机械制造中，车床的应用极为广泛。因而，研究一种便宜，快捷的车削细长轴的方法是十分有必要地。 摘 要细长轴通常以长度与直径之比大于 2025 的范围为依据，由于在车削时其刚性差，对切削力和切削热反映明显，这样就使细长轴的实际几何参数与理想几何参数偏差较大，即加工精度较低。关键词：细长轴 变形 装夹 精度 工艺系统 刚性第 3 页 2019-7-12目 录 引 言 .2摘要及关键字 2第一章 影响细长轴加工精度的因素 .411 加工原理的误差 412 制造几何的误
3、差 413 力变形引起的误差 41.3.1 内应力引起细长轴的变形 .41.3.2 外应力引起细长轴的变形 .51.4 热变形引起的误差 51.5 磨损及其它情况引起的误差 及改进 41.5.1 合理的控制切削用量 .61.5.2 合理选择刀具角度 .6第二章 提高细长轴加工精度的影响 .721 减少细长轴受力变形 72.1.1 直接减少细长轴受力变形 .72.1.2 通过选择合适的装夹方法来减少变形 .92.2 减少细长轴受热变形解决方法 .9结 语 10参考文献 .11致 谢 .11第 4 页 2019-7-12第一章 影响细长轴加工精度的因素影响细长轴加工误差有很多种，如机床，夹具，刀具
4、的制造误差及磨损，工件的装夹误差，测量误差，及工艺系统的调整误差，以及加工中各种力和热所引起的误差等。这些误差大致可分为：加工原理的误差，制造几何误差，力变形所引起的误差，热变形所引起的误差，和磨损引起的误差。11 加工原理的误差的介绍加工原理的误差是指在满足生产需求的前提下， 采用近似的传动关系或忽略一些不大影响加工的条件。如车削细长轴时，采用近似的传动关系或近似的刀刃轮廓，虽然会带来加工原理误差，但往往可简化机床结构或刀具形状等参数。因此，只要其误差不超过规定的精度要求，在生产中仍可得到广泛的应用。1 2 制 造 几 何 误 差加工中刀具相对于工件的成型运动大都是通过车床完成的，细长轴的加
5、工精度很大程度上取决于车床的精度，车床制造误差中对工件加工精度影响较大的误差有：主轴回转误差和传动链误差。在加工细长轴前先选择好机床的精度能加工出这种细长轴的精度等级。1.3 力变形所引起的误差工艺系统在切削力，夹紧力。惯性力，重力等作用下将产生相应的变形，破坏刀具与工件之间的正确位置，使工件产生各种加工误差。由于这些多而复杂，笔者我（即：汪胜利）认为这些力大致可分为两种，即内应力和外力引起的误差，以下即是对这两大力产生的原因。1.3.1 内应力引起的细长轴变形的误差内应力又称残余应力，指在没有外力作用下或去掉外力后仍存残余留在工第 5 页 2019-7-12件内部的应力。工件一旦有残余应力产
6、生，就会使工件材料暂时处于一种稳定的状态，继而随着时间不断的推移，工件会恢复到没有应力的状态，从而使工件产生加工误差。那么内应力究竟是如何产生的？笔者总结了有两种情况下会产生内应力：一是：毛坯制造和热处理过程中产生的内应力。这种情况下产生的应力主要适用毛坯结构越复杂，各部分壁厚越不均匀，散热条件相差越大，毛坯产生的内应力就越大，因为这些不适应细长轴的情况，所以只浅谈一下；另一种原因就是冷校直产生的应力，冷校直就是在原有的变形的相反方向施加力 F，使细长轴反向弯曲，产生塑性变形，以达到校直的目的。经过校直后，虽然工件外形已校直，但工件内部却产生了附加内应力。工件冷校直后只是处于一种暂时的平衡状态
7、，只要外界条件发生变化，就会使内应力从新分布，使工件产生变形。如图 7-11P1561.3.2 外力引起细长轴变形的误差细长轴刚性很差，车削时装夹不当，很容易在内切削力及重力作用下而发生弯曲变形，或产生振动，从而影响加工精度和表面粗糙度。另外，车削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的压力不当，会影响加工精度，若压力过小或干脆不接触，不能提高零件的刚度；若压力过大，由于工件细而长，刚度小，当切削力作用点的位置靠近工件两端时，工艺系统刚度相对较小，变形较大，切削金属层厚度较小，因此使加工出来的工件呈“鼓状”（注：有些书中称“竹节”形） ，造成机床，工件，刀具工艺系统的刚性不良，给
8、切削加工带来困难，不易获得良好表面质量和几何精度；1.4 热变形所引起的误差：工艺系统下产生的局部变形会破坏刀具与工件的正确位置关系，使细长轴产生加工误差而引起工艺系统热变形的热源。大致可分为两类：一是内部热源与外部热源。切削加工过程中消耗于切削层弹、塑性变形及刀具与工件、切削间摩擦的能量绝大部分转化为切削热。传给工件的热量占总切削热的 30%左右，切削速度越高，切削带走的热量越多，传给工件的热量就越少。而外部热源，主要指周围环境的热量，这些指标在某些时候是不可忽略的。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，如果两端为固定支撑，则工件会因伸长而顶弯。这些热主要通过三种变形对加
9、工精度的影响。A 、细长轴第 6 页 2019-7-12热变形对加工精度的影响，如：车削细长轴时，由于轴内外温度差导致轴的膨胀，加工时将膨胀的部分车去，冷却后变小，b 刀具热变形对其加工精度有影响：引起刀具产生热变形的热源主要是切削热，切削热传入刀具的比例虽然不大（切削时约占总热量的 5%） ，但由于刀体小，热容量小，所以刀具切削部分的温度高，引起刀具伸长，继而产生加工误差。C 机床热变形对加工精度也有影响。1.5 磨损及其它情况引起的的误差及改进：由于车细长轴，一次走刀时间过长，刀具磨损大，从而影响零件的几何形状误差，在实际加工中，这点也是必须要考虑的，另外合理地控制切削用量和选择合理的刀具
10、角度都是影响加工质量的因素；然而对于如何减少刀具的磨损，我认为只要选用耐磨的刀具即可解决如：人造金刚石刀具、立方氮化硼刀具或陶瓷刀具等，而对于切削用量和合理选择刀具角度我认为对整个加工过程尤为重要，以下既是对两种情况的详细描述：1.5.1 合理的控制切削用量。切削用量的合理选择对切削过程中产生的切削力产生的大小、切削热的多少是不同的，因此对车细长轴时引起的变形也不同： 背吃刀量（ap）在加工 a中同一种工件时应尽量减少减少切削的深度。 进给量（f）进给量是刀具在进 b给远动方向上相对于工件的位移量，其值增大使切削力增大（注：这种增大不是成比例的） 。因此，细长轴的受力变形系数有所下降。但，如果
11、仅从切削效率来看，增大进给量是有利的； 切削速度（v）：提高切削速度切削温度也提高， c刀具与工件之间的摩擦力减少，细长轴的受力变形减少，但切削速度应控制在一定的范围内，对半径比较大的工件，切削速度要适当降低。1.5.2 合理选择刀具角度：刀具的几何角度中，前角增大，切削变形减少，故切削变形减小，故切削力减小，刀具后角增大，刀具后刀面与工件的加工表面摩擦越小，改变主偏角的大小，可以改变轴向力的与径向力的比例；特别是加工细长工件时，径向力将使工件弯曲变形，经常采用较大的主偏角以使径向力减少。如下图第 7 页 2019-7-12第二章 提高细长轴加工精度的措施；2.1 减少细长轴受力变形2.1.1
12、 直接减少细长轴受力变形：一夹一顶的方式车削细长轴采用中心架和跟刀架增加了工艺系统的刚度，可有效地减少径向切削力对细长轴的影响；A 用中心架来支撑细长轴，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，工件架支撑在工件中间，如图 5 所示，当车削中心架的沟槽比较困难，或中段部不需要加工的细长轴时，可用过渡套筒，使支撑爪与过渡套筒的外表面接触，如下图所示，过渡套筒的外表面接两端各装有四个螺钉用这些螺钉夹毛坯面，并调整同外圆的轴线与主轴线与主轴旋转线相重合。 第 8 页 2019-7-12B。在加工细长轴的时候采用跟刀架，该方法对不适宜掉头车削细长轴，不能用中心架支撑，而要
13、用跟刀架支撑进行车削，以增加工件刚度；如图下所示，跟刀架固定在床鞍上，一般有两个支撑爪，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少表面粗糙度，如下图（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撑爪，接触支撑爪时，产生震动，所以比较理想的中心架需要用三爪中心架，如下图（b）所示。此时，由三爪和车刀抵住工件，使之上下，左右不能移动车削时，不产生震动。如下图所示， 第 9 页 2019-7-122.1.2 选择合适的装夹方法；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，工件准确定位，容易保证同轴度。但该方法装夹细长轴，其刚性比
14、较差，细长轴弯曲变形比较大，且容易产生震动，因此只适宜安装长径比不大，加工余量较小，同轴度要求较高的轴，在采用一夹一顶方式时，顶尖应采用采用弹性活顶尖，其次为了消除卡爪夹紧面与顶尖可能不同轴，装夹后会产生过定位，在装夹时在卡爪与细长轴之间加入一段开口钢丝圈，以减少卡爪的与细长轴向接触长度，消除安装时的过定位，减少弯曲变形。2.2 减少细长轴受热变形解决方法：a 加强散热能力 为了消除机床内部热源的影响，可以采用强制冷却的办法，吸收热源发出的热量，从而控制机床的温升和热变形，b 用热补偿法减少热变形的影响 单纯的减少温升有时不能收到满意的效果，可采用热补偿法使机床的温度场比较均匀，从而使机床产生
15、均勾的热变形以减少对加工精度的影响。c)第 10 页 2019-7-12控制温度的变化 环境温度的变化和室内各部分的温差，将使工艺系统产生热变形，从而影响工件的加工精度和测量精度。结 语机械制造业是国民经济和社会发展的物质基础，是一个国家综合国力的重要体现。伴随经济全球化，我国正在成为世界机械制造业的中心，但是与发达国家相比，我国机械制造业不仅制造工艺装备陈旧、生产自动化技术落后、企业管理粗放、缺乏自主创新产品与先进技术等，而且在快速、高品质、低成本，以及优质服务方面也有较大的差距。因此正确分析我国机械制造业的品牌优势、技术优势和成本优势，并依据不同类型制造业的特点，有针对性地提出制造业的信息
16、化战略对策具有重要意义。而对车削细长轴关键技术的探究只是制造业的最基础的研究因此十分有必要。第 11 页 2019-7-12参考文献【1】 余新旸，机械制造基础，北京：北京大学出版社，2008、 【2】 邹积德，机械制造工艺与夹具应用，北京：化学工业出版社，2010、 【3】 恽达明，金属切削机床，北京：机械工业出版社，2005（2010 重印） 、致 谢感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始到论文的顺利完成，有多少可敬的师长(尤其我的论文指导老师：刑老师) 、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!
