機械加工的工藝系統完善研究論文
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［論文摘要］細長絲杠螺紋的大徑與其長度之比為1∶30及其以上時，稱為細長絲杠。由于其長徑比較大，在機械加工過程中，機床、刀具等整個工藝系統極易彎曲和振動，加工后不能獲得滿意的表面粗糙度和幾何精度。因此，文章探討細長絲杠車削改進的方法，以解決細長絲杠的車削難題。
細長絲杠螺紋的大徑與其長度之比為1∶30及其以上時，稱為細長絲杠。絲杠是機械設備中傳遞運動的構件，是將旋轉運動變為直線運動零件之一，不僅能傳遞一定的動力，準確地傳遞運動，而且可作精密的直線分度元件。由于其長徑比較大，在機械加工過程中，機床、刀具等整個工藝系統極易彎曲和振動，加工后不能獲得滿意的表面粗糙度和幾何精度，還常常由于翹曲、錐度過大、鼓肚或圓度達不到等原因造成工件報廢。此外，由于細長絲杠散熱性能差，切削過程中切削熱使其產生相當大的線膨脹，也使工作產生變形和彎曲。由此可見，車削細長絲杠不僅生產效率很低，而且質量不易保證。為此提出下列方法，以解決細長絲杠的車削難題。
一、提高系統的剛性
由于細長絲杠加工過程的工藝系統剛性較差而影響生產效率和質量，因此必須對機床、工件和刀具作改進。這里主要從工件的裝夾方面提出一些改進措施，以達到改善細長絲杠加工的切削條件，提高工件的剛性。
在卡盤裝夾工件加工中使用后頂尖支承，比不用后頂尖而形成懸臂時，工件剛性提高很多。在車削細長絲杠時，使用了中心架，使支承間的距離縮短了一半，可提高工件的剛性。采用跟刀架車削細長絲杠時，縮短切削作用點和支承點之間的距離，工件的剛性得到很大的提高，切削作用點和支承點之間的距離約為5～10mm。
二、使用跟刀架
在車床上加工細長絲杠時，一來容易產生振動，不利于切削；二來不易保證零件的質量精度。解決這個難題的方法大致有兩方面：其一是在切削時改善刀具的切削角度，選合理的切削用量；其二是增設輔具，即裝上跟刀架，用以消除振動，以保證零件的質量和精度。車速也可以相應提高，進給量也可以增大，振動小，車出的零件彎曲度小，提高了生產率，同時也提高了零件的加工精度。
三、裝夾方法的改進
在加工細長絲杠時，普遍存在的問題是質量差、效率低。前面已經介紹過提高剛性的方法，但由于切削熱的影響，絲杠必然產生熱伸長。而此時卡盤和頂尖之間的距離是固定的，則工作軸向就沒有伸縮的余地，使絲杠產生彎曲變形。為了減少或消除這種變形，可采用如下方法：
1.在卡盤的每只卡爪與工件之間墊入Φ4mm×10mm的鋼絲，夾入長度為15～20mm。墊入鋼絲后，使工作件與卡爪之間成線接觸，從而使工件與卡爪之間可以有稍許相對運動。避免工作件被卡爪卡死，起到方向調節的作用，減少工件的彎曲變形。
2.將機床尾座頂尖改為帶彈簧的彈性頂尖。彈力大小由頂尖頂緊的程度決定。當工作件受切削熱產生膨脹而伸長時，推動頂尖壓縮彈簧作軸后移，避免了工件產生彎曲變形，從而保證加工精度。
3.采用縮頸法。在絲杠卡盤一頭車出一個縮頸部分，縮頸部分的直徑d=D/2（D為絲杠的坯料外徑）。由于絲杠的縮頸部分直徑減小了，其柔性增加，減少和消除由于絲杠本身的彎曲而在卡盤強制夾持下軸心線歪斜的影響，也起到了萬向接頭一樣的作用。
四、工作的校直
細長絲杠料的彎曲，對加工會產生很大的影響，尤其是在高速回轉下，由于離心力的慣性作用，加劇了坯料的彎曲變形，并引起振動，造成加工困難，質量降低。因此，細長絲杠在加工過程中的校直工作也是一項必不可少的內容。校直一般分冷校和熱校兩種，視工藝要求和坯料情況而定。
1.熱校。通常在兩種情況下采用熱校直。一是在熱處理后進行（絲杠一般進行調質處理），以消除粗加工和熱處理中所產生的彎曲變形。其方法是在工作件熱處理后，當工作件冷卻到一定程度時，檢查工件變形大小，如超過圖樣技術要求，需進行校直，一般在手壓床上進行，校到工藝要求以內。這樣校直，工件不易回彈，保證工作精加工之后的質量。
另一種熱校方法是在半精加工后進行，其方法是將半精加工后的工件校直后，在一定溫度的油池內浸泡，使工件校直過程中的應力得到消除，工件內部組織穩定，精加工之后不易再變回去（恢復到校直前的狀態），使工件精加工后的精度得以長期保持。此方法一般用于精度要求較高的絲杠。
2.冷校。冷校也存在以下兩種情況：一是在粗車前絲杠毛坯料的校直，以保證粗車后車圓；一是螺紋粗車后，在半精車或精車螺紋前進行。其作用和熱校直相同，保證加工順利進行和提高絲杠加工后的幾何精度。
冷校直的方法有兩種，通常采取的方法是在手壓床上進行，毛坯料校直是在手壓床工作臺上墊兩個等高的V形鐵支承工件。半成品校直則用手壓床的兩頂尖頂住絲杠的中心孔支承。這種方法是用百分表找到絲杠彎曲部分的最高點，用壓床的壓頭直接壓最高點（壓半成品時中間需墊木板），使工件產生塑性變形，使變曲度控制在工藝要求范圍內。這種方法校直的工件，在經過精加工或熱處理后，工件有可能會反彈回去，即全部或部分恢復到校直前的狀態，造成工件精加工后的精度喪失，影響產品質量。
五、切削方式的改變
在車削加工中，一般走刀方向都是從尾座向床頭方向，俗稱正走向走刀。車削細長杠時需改用反向走刀，走刀的抗力方向使工件受拉應力。反向切削使工件受到拉伸作用，能消除振顫，使切削平穩，尤其是在車削絲杠外圓和粗切螺紋工序中，由于切削力大，更需要采用反向切削，尾座需裝可伸縮的活頂尖。
值得一提的是，在安裝刀具時，刀尖應稍高于工件中心線0.1～0.15mm，使切削過程中刀具的切削前角增大，減少切削力，也就減少切削力對工件的壓縮。同時，在切削過程中，刀尖還起著托起工件的作用，用以抵消跟刀架支承塊對工件的反作用力，相當于跟刀架的第四個支承塊。
為了減少跟刀架支承塊與工件的摩擦而造成支承塊嚴重磨損，減少工件溫度升高，同時冷卻刀刃，在隨時注意調整跟刀架松緊程度的同時，還需在切削過程中進行充分冷卻和潤滑，使切削順利進行，保證粗車后螺紋的表面粗糙度。
六、合理選擇車刀的幾何形狀
車削細長軸時，由于工件剛性差，刀具幾何形狀對工件產生的振動非常敏感。如果車刀的幾何形狀選擇不當，也不可能得到良好的效果。選擇時主要考慮以下幾點：
1.為了減少切削力，減少細長軸的彎曲，車刀的主編角取75°～93°。
2.為了減小切削力，應該選擇較大的前角，取15°～30°。
3.車刀前面應該磨有R1.5～3的斷屑槽，使切屑卷曲折斷。
4.選擇負的刃傾角，取-3°～－10°，使切屑流向待加工表面。另一方面，車刀也容易切入工件，并可減少切削力。
5.刀刃粗糙度要高，并要經常保持鋒利。
6.為了減少徑向切削力，刀尖半徑應選得較小（R﹤0.3mm），倒棱的寬度也應選得較小。超級秘書網
七、采用雙刀架對刀切削
利用切削力和工件受力變形相抵消的原理，采用雙刀架對中，即不需要使用中心架，也不需要使用跟刀架，只需采用適當刀具幾何角度的雙刀“對刀”切削，不但大大減小了工件彎曲變形，而且還能用大進給量，提高切削速度，同時進行粗車、半精車或精車，縮短加工時間，保證加工質量。
在車床床鞍上裝上前后兩個中拖板刀架，中拖板的絲杠也改成左右旋螺紋傳動。采用前后兩把車刀徑向相對安裝，半精車車刀正裝，精車刀反裝，沿同一軸向方向走刀，左右旋轉絲杠帶動兩個中拖板刀架同時作徑向進刀或退刀，使兩刀同時切削，達到切削力相抵消的目的。為了使切削力平衡，精車刀需采用0°后角或小負后角，增加精車刀所產生的切削力，使之與半精車（切削余量大）所產生的切削力相平衡。徑向切削力相互抵消，清除了細長絲杠切削容易變形的缺陷。同時精車刀的負后角形成的刀面對工件產生摩擦，使之起到一定的壓光作用，改進了表面質量，提高了勞動生產效率。
細長絲杠由于其長徑比較大、散熱性能差，車削細長絲杠不僅生產效率很低，而且質量不易保證。所以，為了提高勞動生產效率和工作質量，提出解決車削細長絲杠難題的方法。但必須針對具體情況和不同要求單獨或混合采用，才能達到預期的效果。
