臥式數(shù)控車床加工細(xì)長(zhǎng)軸零件的探討

許國(guó)偉，李壽春

沈陽(yáng)第一機(jī)床廠，遼寧 沈陽(yáng) 110141

普及型數(shù)控車床作為當(dāng)前較為廣泛使用的加工設(shè)備，其具有加工性能穩(wěn)定、精度高、自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)，其在加工過程中完全由數(shù)控系統(tǒng)程序控制，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度且具有零件加工的一致性好、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。由于具備此特點(diǎn)，所以當(dāng)前倍受廣大的客戶所青睞，其最終也必將取代普通車床和經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。

但是細(xì)長(zhǎng)軸、薄壁套一直是機(jī)械加工中的難題，其加工的工藝性之差多年來始終困擾著機(jī)加行業(yè)，有些長(zhǎng)徑比達(dá)到1:30。此類軸剛性極差，在加工過程中容易產(chǎn)生震動(dòng)和彎曲，車削時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)翹曲、錐度過大、凸肚、螺紋節(jié)等現(xiàn)象，使工件不能獲得預(yù)期的精度和表面粗糙度而報(bào)廢。在國(guó)內(nèi)一般都采用普通車床配置跟刀架、白鋼手磨大前角車刀及低速加工完成，但是效率較低而且加工質(zhì)量不穩(wěn)定。

此次客戶購(gòu)買我廠的HTC3297機(jī)床加工此類零件，但是沒有數(shù)控及細(xì)長(zhǎng)軸加工經(jīng)驗(yàn)由我廠組織進(jìn)行攻關(guān)調(diào)試零件加工。現(xiàn)場(chǎng)為了解決加工過程中震刀及保證共建精度問題，我們主要從切削力、刀具并根據(jù)刀具的特點(diǎn)選擇相應(yīng)的切削方法等方面入手，調(diào)研了國(guó)內(nèi)其他企業(yè)的加工情況但是不容樂觀。

1 頂緊力考慮

我們首先從頂緊力入手，防止工件因頂緊力過大造成的工件靜態(tài)彎曲，多數(shù)普及型臥式數(shù)控車床配置的液壓尾座均有套筒鎖緊功能，在加工細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)因?yàn)轫敿忭斁o工件后，頂尖外錐面與工件中心孔內(nèi)錐面接觸較好，套筒鎖緊會(huì)造成尾座套筒在鎖緊機(jī)構(gòu)的作用下停止了軸向微量位移，在車削過程中由于切削力和受熱膨脹而引起的工件變形造成尾座芯不能相應(yīng)退回而得不到補(bǔ)償，進(jìn)而會(huì)引起工件的頂尖孔與頂尖面接觸不良導(dǎo)致嚴(yán)重的加工振動(dòng)；經(jīng)過多次試驗(yàn)我們決定取消應(yīng)在加工過程中取消套筒鎖緊功能，經(jīng)調(diào)試我們把壓力控制在0.5bar，轉(zhuǎn)速1800r/min比較穩(wěn)定。

但是使用普通涂層刀具、手磨刀具進(jìn)行試驗(yàn)，在離尾座100mm左右發(fā)生抖動(dòng)，而無(wú)法繼續(xù)加工完成零件。

2 刀具的改進(jìn)

在傳統(tǒng)的普通車床上加工細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，一般都采用跟刀架及手磨刃白鋼刀，但是跟刀是手動(dòng)結(jié)構(gòu)，在車削一段長(zhǎng)度后工人讓調(diào)整跟刀架車削外圓，而且普通車床的轉(zhuǎn)速較低，以致造成了車削的效率低下無(wú)法滿足大批量的加工；但是數(shù)控車配置普通涂層刀片使用刀尖切削此類工件，在高速狀態(tài)下加工，工件發(fā)生抖動(dòng)無(wú)法進(jìn)刀加工工件，尤其長(zhǎng)徑比大于1:15以上的軸類零件。

而這次刀具的改進(jìn)，為了保存跟刀架及手磨刀片的優(yōu)勢(shì)，我們把刀尖的中心高墊高2mm，使用刀片的切削刃加工，靠刀具的后刀面壓住工件，防止工件在受力和高速狀態(tài)下抖動(dòng)，以達(dá)到跟刀架的效果。其次，我們把刀具的前角按常用的手磨刀片處理，前角達(dá)到15°，切削刃不再涂層以增加刀片的切割性能，使切削零件受力在滿足性能情況下減到最小。

簡(jiǎn)單改裝后結(jié)構(gòu)圖如下:

改后結(jié)構(gòu)圖

3 實(shí)驗(yàn)

要求及準(zhǔn)備:

1）數(shù)控機(jī)床:HTC3297；

2）工件裝夾方式:標(biāo)準(zhǔn)三爪自定心卡盤、液壓尾座；

3）工件尺寸:￠25*600；

4）長(zhǎng)徑比:1:24；

5）工件加工后中間允許跳動(dòng):0.05mm；

6）粗糙度:Ra3.2；

7）加工節(jié)拍:140秒/件（含輔助時(shí)間）；

8）工件材質(zhì):45#；調(diào)質(zhì)回火硬度HB280；

9）毛坯準(zhǔn)備:打兩端中心孔并套車卡持端30mm。

4 工藝參數(shù)

1）工件加工分粗、精二次；粗加工主軸轉(zhuǎn)數(shù)1800rpm；進(jìn)給量0.4mm/r；精加工主軸轉(zhuǎn)數(shù)1700rpm；進(jìn)給量0.2mm/r；

2）液壓尾座壓力:0.5bar。

5 實(shí)際加工結(jié)果

1）加工節(jié)拍:120秒/件；

2）粗糙度:Ra3.2；且無(wú)震紋；

3）工件加工后中間允許跳動(dòng):0.03mm。

6 結(jié)論

經(jīng)過我廠的攻關(guān)，在機(jī)床的頂緊力及刀具上做一些改進(jìn)后滿足了用戶對(duì)零件的要求；并通過此次在客戶的實(shí)際加工情況證明臥式數(shù)控車床加工細(xì)長(zhǎng)軸類零件已不是難題，且取得了非常好的效果；充分發(fā)揮出了數(shù)控機(jī)床的高精度、高可靠性、高效率及一致性的特點(diǎn)，并為今后同類零件的加工提供了依據(jù)和基礎(chǔ)。

[1]楊瑾澤.關(guān)于數(shù)控機(jī)床零部件加工的技術(shù)探討[J].科技資訊，2008.

[2]鄒德恒.高速切削過程切削條件優(yōu)化研究最新動(dòng)態(tài)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2011(3):61-67.