杆類零件加工
2014-3-13 來源： 作（zuò）者：平陽機械廠（chǎng） 蔣業平
杆類零件, 特別是長徑比很（hěn）大的細長杆類零件, 是比較難以加工的零（líng）件, 由於細長杆本身的剛（gāng）性差（chà）, 加工過程中受切削力、切削熱, 振（zhèn）動等影響,容易出現彎曲, 竹節、維度、棱形和腰鼓形等缺陷。如果能正確（què）地掌握刀（dāo）具切削（xuē）部的幾何參數, 設計有效的工藝裝（zhuāng）備, 以及（jí）合理（lǐ）的工藝規程, 那麽將會很大程度地提高刀具的耐用度, 改善切削性能, 滿足質量及（jí）生產率要求。以下分五個方麵談杆類零（líng）件的加（jiā）工（gōng）。
一、影響杆類零件加工質量的主要因素
影響杆類（lèi）零件加工質（zhì）量的因（yīn）素很（hěn）多, 經（jīng）過實踐認（rèn）為, 杆類零件在加工（gōng）中所產（chǎn）生的振動是主要因素, 而振動的產生, 主要由四個原因所致。①杆件在高速旋轉時, 在其圓周方向將會產生圓周力, 在這裏可（kě）以理（lǐ）解為離心力, 見圖1, 由於零件的自重力存在, 因此（cǐ）上、下垂直方向的離心力最大, 這兩個力隨著零件長徑比（bǐ）的大小而變化, 長徑比越大, 自重力就越大, 而（ér）上下（xià）跳動也（yě）就越大; 也就（jiù）是說, 杆件越長越細, 其剛性越差, 撓度越大, 上下跳（tiào）動就越大。②在一定的切削速度範圍內, 振動是隨著切削（xuē）速度的增大而逐（zhú）漸增大的（de）。③刀具的幾何（hé）角度（dù）選擇不當, 也將會增加切削力, 在相同的切削條件下, 切削力大, 振動就大。④工藝方法不合理, 同（tóng）樣會引起杆（gǎn）件振動。
二、切屑受力及變形（xíng）分（fèn）析
振動是隨著切削速度（dù）的增加而增加的, 但是切削（xuē）速度增加到（dào）一定極限值時, 振動還會減小。下麵從切屑受力及變形進行分析。
1. 切屑受力分（fèn）析
切屑（xiè）形成是擠壓— 滑移過（guò）程。故在切削時, 切屑上有如下各力作用。圖（tú）2表（biǎo）示出與前刀（dāo）麵接觸的切屑底層（céng）, 作用（yòng）著前刀麵對（duì）切屑的正（zhèng）壓力N前和F前（qián）摩擦力 ; 在（zài）滑移麵（miàn）上, 切屑受正壓力Fn和剪（jiǎn）切抗力Fs的作用, 剪切麵上的（de）抗力
合力R由 來平衡（héng）∴Rco s (β1+ ω) = Fs
故: 
式中: a— 切削厚度;
b— 切削寬度;
τ— OM 麵上的剪應力。
上述各力在切削上互相平衡, 形成兩（liǎng）個（gè）大小相等方向相反（fǎn）的合力;
- R= R’
切削（xuē）在切（qiē）削合力R的作用下被切（qiē）除。ω角是切削合力R 與切削速度方向的夾角, 表示R合力作用到切削層金屬的（de）方（fāng）向, 稱為（wéi）作用角。
由圖2可知:
ω= θ- γ
式中: θ—— 摩擦角—— tgθ= _
(_ 是切屑底層與前刀麵間的摩擦係數);
γ— — 前角
由（yóu）此（cǐ）可知, 切屑與前刀（dāo）麵的摩擦係數μ越小,前角γ愈大, 則作用角ω愈小。ω角小時, 表示R力（lì）指向（xiàng）切（qiē）削表層, 切屑變形較小; ω角大（dà）時, 表示R力指向切削深層（céng）, 這時, 切屑變形較大（dà）。
2. 切屑變形分析
切屑變形最明顯的（de）現象是切屑（xiè）收縮, 即切削時被切層（céng）受到擠壓, 內（nèi）部產生滑移（yí）變形, 切屑長度縮短, 厚度增加(寬（kuān）度略有增加, 一般可忽略（luè）不計) 由圖2可見。
收縮係數K= L / L霄 = a霄/a> 1
式中: L、a — — 切（qiē）削層長度和厚度;
L霄、a霄 — — 切屑長度和厚（hòu）度。
一般情況下（xià）, 切削（xuē）中碳鋼時K= 2～ 3。從切屑收縮情況來看, 切屑係數K 與滑移角 和前角γ有一定的幾何關係。
因為 
所以 
當U1角變大時, K值變小, 於是切屑變形（xíng）亦相應變小, 從圖3中可以看出, 因（yīn）為切屑變形小固然會導致切屑厚度（dù）變薄, 同時在高速切削的作用下, 切屑在刀麵上流動很快, 切削熱仍保（bǎo）留在切屑內使得切屑易於塑性變形, 這就更（gèng）加有利（lì）於改善切（qiē）削條件, 大（dà）大減（jiǎn）小在切削過程中的徑向力。
三、杆類零件的加工工（gōng）藝（yì）
杆類零件（jiàn）的材料一般需經調質（zhì）處理, 切削用量主要根據零件的長徑比, 物理性能, 機械性能以及加工餘量而選定。當長徑比較大, 韌性較大時, 選用較小的切削用量, 若選用較大的切削用量, 將會增加切削力而引起杆件振動。
加工前準備: ①調整車床頂尖使（shǐ）其與（yǔ）主軸中心一致; ②檢查機床轉速是否正常; ③導軌是否（fǒu）單行;④三杠是否同心; ⑤溜板鬆緊（jǐn）適度, 總之要掌握（wò）機床的（de）各部性能良好有效; ⑥杆件頂尖孔（kǒng）最好在本車床上用頂尖研磨一下; ⑦修理跟刀架腳爪（zhǎo）(活動跟刀架則不用修), 使其與杆件有較好的吻合; 支柱爪（zhǎo）軸向加長至35～ 45毫（háo）米, 徑向縮小10～ 15毫米, 支柱材料最好用QT 60～ 2球墨鑄鐵; ⑧冷卻液為一般乳化液, 較大流量, 直接衝在杆件與腳爪處, 使其充分冷（lěng）卻刀頭。
刀具安裝方法（fǎ）: 粗加工和半精加工時, 刀具應高於主軸中（zhōng）心（xīn）0. 2～ 0. 5毫米, 精加工時（shí）應高於主軸中心0. 2～ 0. 3毫（háo）米。這樣（yàng）安裝不僅增大了（le）工作前角, 而且還能使刀的主後麵約束杆件向上的作用（yòng）力（lì）, 防止杆件的（de）跳（tiào）動。
在加工過程中, 隨著加（jiā）工所產生的軸向力的大小, 要進行調整。尾座頂尖的（de）鬆緊情況, 因為頂尖的頂（dǐng）力大小, 都能引起（qǐ）杆件跳動, 又因杆件的基（jī）體組織分布不均, 它的物理性能和機械性能也不同, 杆件的伸（shēn）縮率也是變化（huà）的。所以在加（jiā）工時就（jiù）需要每次進行調整。檢（jiǎn）驗頂力大小的方（fāng）法通常是將兩手指(食指（zhǐ）和拇（mǔ）指) 輕輕放（fàng）在活頂（dǐng）尖上, 若能使頂尖停止轉動, 這時的頂力為合適（shì）, 檢驗（yàn）的程序是（shì）加工（gōng）至約300～ 500毫米處時, 要及時進行（háng）調整, 此處基本上能反映出預緊力的大小, 而後視杆件收縮變化情況隨時調整（zhěng）, 以防（fáng）止加（jiā）工過程中由於頂力過大過小的（de）變化所產生的（de）振動。
四、刀具幾何角度
選擇刀具（jù）的幾何參數正確與否（fǒu）將直接影響杆件的質量和（hé）刀具（jù）的使用壽命, 為了得到切（qiē）削輕快,降低切削（xuē）力需將精加工車刀的前角γ增（zēng）大為28°～30°, 並在主切削刃上磨（mó）出一（yī）個寬度為0. 1～ 0. 2毫米負20°～ 30°倒棱, 以增加主切削刃強度。這樣在高速（sù）切（qiē）削過程中, 負刃上就能形成切屑瘤成為一個穩（wěn）定基座, 切屑瘤在棱麵上不僅保護了刀刃, 而且還增大了（le）前角, 並能擔負著部分的切削作用, 在高速切削過程中, 刀瘤不斷生成、長大、脫（tuō）落。由於主屑流速很快, 並與切屑瘤相對（duì）摩擦, 切屑瘤能連續形成一（yī）細條（tiáo）副切屑, 在（zài）主（zhǔ）屑內緩緩排出, 在（zài）排出同時,它帶走（zǒu）了大量的切削（xuē）熱, 減少了傳到車刀上的熱量, 延長了車刀（dāo）的（de）耐用度同時又消除了刀瘤停留（liú）在已加工表麵上的可能性（xìng）, 從而提高了表麵精度。
五、輔（fǔ）具
當杆件的直徑（jìng）>h3 , 長徑比> 500～1000時, 托架是在加工過程中起減振作用（yòng）的主要輔具。托架由兩塊製有3°斜麵的木質(紅鬆) 托塊組成。上托塊製成V 型（xíng）托口見圖4。這樣可使得（dé）杆件與上托塊（kuài）在（zài）互相作用時能（néng）夠不完全碰撞（zhuàng）, 受力時一部分功能將受到損失, 以達到緩衝（chōng）, 減少反作用力的作（zuò）用。
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