细长轴数控车削方法

细长轴数控车削方法（精选5篇）

篇1：细长轴数控车削方法

电子科技大学计算机学院

实 验 报 告

（实验）课程名称典型轴类零件的数控车削工艺与加工

电子科技大学教务处制表

电 子 科 技 大 学

实

验

报

告

学生姓名：dfkjf;laj lk 学fg dfg 指导教师：

实验地点：工程训练中心114

实验时间：f2012-4fsdf-15

一、实验室名称：工程训练中心

二、实验项目名称：典型轴类零件的数控车削工艺与加工

三、实验学时：32

四、实验原理：

轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传 动零部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大 于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端 面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空 心轴和曲轴等。轴的长径比小于 5 的称为短轴，大于 20 的称为细长轴，大多数 轴介于两者之间。轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基 准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的 主要功用和工作条件制定，通常有以下几项：

1、尺寸精度 起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较 高（IT5~IT7）装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低。（IT6~IT9）。

2、几何形状精度 轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆 度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求 较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。

3、相互位置精度 轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定 的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为 0.01~0.03mm，高精度轴（如 主轴）通常为 0.001~0.005mm。

4、表面粗糙度 一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为 Ra2.5~0.63?m，与轴承 相配合的支承轴径的表面粗糙度为 Ra0.63~0.16?m。

（二）、轴类零件的毛坯和材料及热处理）、轴类零件的毛坯和材料及热处理 轴类零件的毛坯和材料

1、轴类零件的毛坯 轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒 料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主； 而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。

2、轴类零件的材料及热处理 轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并 采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。45 钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机 械性能，淬火后表面硬度可达 45~52HRC。40Cr 等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。轴承钢 GCr15 和弹簧钢 65Mn，经调质和表面高频淬火后，表 面硬度可达 50~58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性 能，可制造较高精度的轴。精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用 38CrMoAIA 氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的 表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火 钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。

五、实验目的：了解典型零件的特点、生产过程与应用；学习工 实验目的： 程制造工艺，学习工程手册的使用，掌握典型零件的毛坯制造、热处 理、机加工方法，将传统加工与现代制造技术有机结合，合理制定数 控加工工艺，正确使用数控设备及刀夹量具。

五、实验目的：

设计轴件，完成代码，完成轴件的加工。了解轴件加工的原理。

六、实验器材（设备、元器件）：

计算机、Mastercam X3软件、仿真软件、数控车床、90°外圆车刀、60°螺纹刀、切槽刀，尖头车刀量具及材料。

七、实验步骤：

1、设计零件，绘制图形。

2、根据零件图样进行工艺 实验步骤：

分析、处理，编制数控加工工艺文件。

3、根据加工工艺文件编制加 工程序。

4、在数控车床上加工出零件。工艺路线：

（1）夹一端，伸出101mm（2）先粗加工外轮廓SR9、R5、圆锥、M30及32、38的外圆！（3）精加工第（2）步

（4）切外圆为26的槽（5）加工M30的外圆（6）切断

八、实验数据及结果分析：

附件：轴类零件的数控加工工艺

程序： % G21 G0 T0101 G97 S1400 M03 G0 X42.Z0.G98 G1 X0.F60.G0 Z2.G97 S900 X28.395 Z4.5 G1 Z2.5 F200.Z-93.334 G2 X30.394 Z-99.965 R131.663 G1 X33.222 Z-98.551 G0 Z4.5 X26.396

G1 Z2.5 Z-64.969

X26.4 Z-64.98 Z-70.Z-75.Z-79.063

G2 X28.795 Z-94.864 R131.663 G1 X31.623 Z-93.449 G0 Z4.5 X24.397 G1 Z2.5 Z-59.971

X26.4 Z-64.98 Z-70.Z-75.Z-79.063 G2 X26.796 Z-84.527 R131.663 G1 X29.624 Z-83.113 G0 Z4.5 X22.397 G1 Z2.5 Z-54.974 X24.797 Z-60.971 X27.625 Z-59.557 G0 Z4.5 X20.398 G1 Z2.5 Z-49.976 X22.797 Z-55.974 X25.626 Z-54.559 G0 Z4.5 X18.399 G1 Z2.5 Z-24.879 X18.595 Z-24.93 G3 X18.81 Z-25.107 R.2 G1 Z-46.006 X20.798 Z-50.976 X23.627 Z-49.562 G0 Z4.5 X16.4 G1 Z2.5 Z-20.Z-24.8 X18.G3 X18.185 Z-24.823 R.2 G1 X18.595 Z-24.93 G3 X18.799 Z-25.061 R.2 G1 X21.628 Z-23.646 G28 U0.W0.M05 T0100 M00 G0 T0202 G97 S1200 M03 G0 X24.419 Z-23.522 G1 X20.648 Z-22.854 F120.G2 X17.912 Z-26.505 R30.482 F100.G1 Z-44.201 F120.G2 X18.38 Z-44.937 R30.482 G1 X21.208 Z-43.523 G0 X22.114 Z-26.493

G1 X18.312 Z-25.871

G2 X17.038 Z-28.102 R30.482 F100.G1 Z-42.603 F120.G2 X18.312 Z-44.835 R30.482 G1 X21.141 Z-43.421 G0 X21.296 Z-27.856

G1 X17.438 Z-27.33

G2 X16.163 Z-30.208 R30.482 F100.G1 Z-40.498 F120.G2 X17.438 Z-43.376 R30.482 G1 X20.266 Z-41.962 G0 X20.479 Z-29.559

G1 X16.563 Z-29.152

G2 X15.288 Z-35.353 R30.482 F100.X16.563 Z-41.554 R30.482 F120.G1 X19.391 Z-40.14 G97 S1300 G0 Z2.X16.G1 Z0.Z-20.X18.41 Z-25.107

G2 X14.887 Z-35.353 R30.682 X18.Z-45.R30.682 G1 X26.Z-65.Z-70.Z-75.G2 X25.969 Z-77.032 R131.863 X30.Z-100.R131.863 G1 X32.828 Z-98.586 G28 U0.W0.M05 T0200 M00

G0 T0303

G97 S600 M03 G0 X36.8 Z-69.G1 X20.4 F40.G0 X36.8 Z-68.2 G1 X20.4 X20.64 Z-68.32 G0 X36.8 Z-69.8 G1 X20.4 X20.64 Z-69.68 G0 X36.8 Z-70.2 G1 X26.4 G2 X25.6 Z-69.8 R.4 G1 X20.4 X20.64 Z-69.68 G0 X36.8 Z-67.8 G1 X26.4 G3 X25.6 Z-68.2 R.4 G1 X20.4 X20.64 Z-68.32 G0 X36.8 Z-66.386 X28.828 G1 X26.Z-67.8 G3 X25.6 Z-68.R.2 G1 X20.G0 X28.828 Z-71.614 G1 X26.Z-70.2 G2 X25.6 Z-70.R.2 G1 X20.X20.3 Z-69.85 G0 X28.828 Z-24.X26.8 G1 X10.4 G0 X26.8 Z-23.2 G1 X10.4 X10.64 Z-23.32 G0 X26.8

Z-24.8 G1 X10.4

X10.64 Z-24.68 G0 X26.8 Z-25.2 G1 X16.4

G2 X15.6 Z-24.8 R.4 G1 X10.4

X10.64 Z-24.68 G0 X26.8 Z-22.8 G1 X16.4

G3 X15.6 Z-23.2 R.4 G1 X10.4

X10.64 Z-23.32 G0 X26.8 Z-21.386 X18.828

G1 X16.Z-22.8 G3 X15.6 Z-23.R.2 G1 X10.G0 X18.828 Z-26.614

G1 X16.Z-25.2 G2 X15.6 Z-25.R.2 G1 X10.X10.3 Z-24.85 G0 X18.828 X36.8 Z-69.G1 X20.4 G0 X36.8 Z-68.2 G1 X20.4

X20.64 Z-68.32 G0 X36.8 Z-69.8 G1 X20.4

X20.64 Z-69.68 G0 X36.8 Z-70.2 G1 X26.4

G2 X25.6 Z-69.8 R.4 G1 X20.4 X20.64 Z-69.68 G0 X36.8 Z-67.8 G1 X26.4 G3 X25.6 Z-68.2 R.4 G1 X20.4 X20.64 Z-68.32 G0 X36.8 Z-66.386 X28.828 G1 X26.Z-67.8 G3 X25.6 Z-68.R.2 G1 X20.X20.3 Z-68.15 G0 X28.828 Z-71.614 G1 X26.Z-70.2 G2 X25.6 Z-70.R.2 G1 X20.X20.3 Z-69.85 G0 X28.828 Z-24.X26.8 G1 X10.4 G0 X26.8 Z-23.2 G1 X10.4 X10.64 Z-23.32 G0 X26.8 Z-24.8 G1 X10.4 X10.64 Z-24.68 G0 X26.8 Z-25.2 G1 X16.4 G2 X15.6 Z-24.8 R.4 G1 X10.4 X10.64 Z-24.68 G0 X26.8 Z-22.8

G1 X16.4

G3 X15.6 Z-23.2 R.4 G1 X10.4

X10.64 Z-23.32 G0 X26.8 Z-21.386 X18.828

G1 X16.Z-22.8 G3 X15.6 Z-23.R.2 G1 X10.X10.3 Z-23.15 G0 X18.828 Z-26.614

G1 X16.Z-25.2 G2 X15.6 Z-25.R.2 G1 X10.X10.3 Z-24.85 G0 X18.828

G28 U0.W0.M05 T0300 M00

G0 T0404

G97 S800 M03 G0 X20.Z3.45 X15.022

G99 G32 Z-22.F1.5 G0 X20.Z3.301 X14.486

G32 Z-22.F1.5 G0 X20.Z3.185 X14.068

G32 Z-22.F1.5 G0 X20.Z3.087 X13.713

G32 Z-22.F1.5 G0 X20.Z3.X13.4

G32 Z-22.F1.5

G0 X20.Z3.X13.4 G32 Z-22.F1.5 G0 X20.Z3.45 G28 U0.W0.M05 T0400 M01 G0 T0303

G97 S600 M03 G0 X44.Z-103.G98 G1 X40.F40.X1.8 X5.8 G0 X34.G28 U0.W0.M05 T0300 M30 %

九、实验结论：

完场轴件设计与代码实现，并且最后完成轴件的加工！

十、总结及心得体会：

在实验中自己通过对数控机床的操作切实的参与轴件的加工，对轴件的设计与代码的实现。

十一、对本实验过程及方法、手段的改进建议： 实验的过程中时间的安排与其他的课会有所冲突。

报告评分：

指导教师签字：

平时得分：

实际操作得分：

报告得分：

总成绩：

指导教师：

日期：

篇2：细长轴数控车削方法

第九章

课题四

细长轴的车削

教学目标：1.熟悉细长轴的特点

2.掌握车刀角度的标注

德育目标：培养学生合作精神 教学重点：细长轴的装夹和车削 教学难点：细长轴的装夹

教学方法：目标教学法 视频演示法 讲练结合法 教学课时：2课时

教学用具：多媒体 视频资料 教学课型：新授 教学过程：

课题 细长轴的车削

一、组织教学

点名考勤、稳定学生情绪、宣布上课

二、课前三分钟

三、复习提问

1．车削偏心工件的方法有哪些？ 2．怎样检测偏心工件？

四、导入语

同学们知道比较细比较长的轴加工时会出现什么情况呢？如果出现了状况应如何解决呢？这就是我们今天在教学中的重点，也是难点。

五、讲授新课

（一）细长轴的概念：工件的长度L与直径d之比大于25（即长径比L/d>25）的轴类工件称为细长轴。

（二）车细长轴产生的缺陷及原因：外形并不复杂，但由于其本身的刚度低，车削时又受切削力、重力、切削热等因素的影响，容易产生弯曲变形以及振动、锥度、腰鼓形、竹节形等缺陷，难以保证加工精度。长径比越大，加工就越困难。

虽然车细长轴的难度较大，但只要抓住中心架和跟刀架的使用、解决工件热变形伸长以及合理选择车刀的几何参数三个关键技术，问题就迎刃而解了。

（三）使用中心架支撑车细长轴（多楳体视频演示）

车削细长轴时，可使用中心架来增加工件的刚度。车削细长轴时使用中心架的方法有： 1.中心架直接支撑在工件中间

当细长轴可以分段车削时，中心架的架体通过压板支撑在工件中间，如图所示。这时，L/d的值减小了一半，车削时工件的刚度可增加许多倍。在工件装上中心架之前，必须在毛坯中部车出一段支撑中心架支撑爪的沟槽，沟槽的表面粗糙度值及圆柱度误差要小，否则会影响工件精度。调整中心时，必须先通过调整螺钉调整好下面两个支撑爪，在用紧定螺钉紧固，然后把上盖盖好固定，最后调整上面的一个支撑爪，并用紧定螺钉紧固。

但是，在细长轴中间车削这样一条沟槽是比较困难的。当被车削的细长轴中间无沟槽或安置中心架处有键槽

或花键等不规则表面时，可采用中心架和过渡套筒支撑车细长轴的方法。

2．用过渡套筒支撑车细长轴

应用过渡套筒支撑车细长轴的方法，如图所示，其中心架的支撑爪与过渡套筒的外表面接触。过渡套筒的两 端各装有3个调整螺钉，用这些螺钉夹住毛坯工件，并调整套筒外圆的轴线与车床主轴轴线重合，即可车削。

（四）使用跟刀架支撑车细长轴（多楳体视频演示）

使用跟刀架支撑车细长轴时，跟刀架固定在床鞍上，跟在车刀的后面，随车刀的进给移动，抵消背向力，并 可以增加工件的刚度，减少变形，从而提高细长轴的形状精度并减小表面粗糙度，如图所示。跟刀架主要用来车削细长轴和长丝杠。

从跟刀架的设计原理来看，只需2个支撑爪就可以了（图7—29a），因为车刀给工件的切削抗力F使工件

′贴在跟刀架的两个支撑爪上。但是，在实际使用时，工件本身有一个向下的重力以及工件不可避免的弯曲，车削时工件往往因离心力的作用瞬时离开支撑爪，又瞬间接触支撑爪而产生振动。如果采用3个支撑爪的跟刀架支撑工件（图7—29b），一面由车刀抵住，使工件上下、左右都不能移动，车削时非常稳定，不易产生振动。因此，车细长轴时应用三个支撑爪的跟刀架。

（五）减少工件的热变形伸长

车削时，由于切削热的影响，使工件随温度升高而逐渐伸长变形，称为热变形。在车削时一般轴类工件时，可不考虑热变形伸长问题。但是，车削细长轴时，因为工件长，热变形伸长量大，所以一定要考虑到热变形的影响。工件热变形伸长量可按下式计算。

△L﹦ɑlL△T 式中△L——工件热变形伸长量（mm）；

ɑl————材料的线膨胀系数（1/℃），见表7—1； L——工件全长（mm）；

△T————工件升高的温度（℃）。

例7—2 车削直径为Φ25mm，长度为1200mm的细长轴，材料为45钢，车削时因受切削热的影响，使工件由原来的21 ℃以上升到61℃，求这根细长轴的热变形伸长量。

解：已知L=1200mm，△T=61℃-21 ℃=40℃；查表7-1 45钢的线膨胀系数ɑl=11.59×10-6（1/℃）。

根据公式7-7得：

△ L=ɑlL△T

=11.59×10-6/℃×1200mm×40℃ =0.556mm 从上例计算可知，细长轴热变形伸长量是很大的。由于工件一端夹紧，一端顶住，工件无法伸长，所以只能使本身产生弯曲。细长轴一旦产生弯曲，车削就很难进行，因此，必须采取措施减少工件的热变形。

（六）减少工件的热变形可采取以下措施: 1.使用弹性回转顶尖

弹性回转顶尖的结构如图所示。顶尖用圆柱滚子轴承、滚针轴承承受背向力，推力球轴承承受进给力。在短圆柱滚子轴承和推力球轴承之间，放置若干片碟形弹簧。当工件热变形伸长时，工件推动顶尖通过圆柱滚子轴承，使碟形弹簧压缩变形。生产实践证明，用弹性回转顶尖加工细长轴，可有效地补偿工件的热变形伸长，工件不易弯曲，车削可顺利进行。

2.浮动夹紧和反向进给车削 3.加注充分的切削液

车削细长轴时，无论是低速切削，还是高速切削，加注充分的切削液能有效地降低切削区域的温度，从而减少工件的热变形伸长，延长车刀的使用寿命。

4.保持刀具锋利

保持刀具锋利可以减少车刀与工件之间的摩擦发热。

（七）合理选择车刀的几何参数

车削细长轴时，由于工件刚度低，车刀的几何参数对切削力、切削热、振动和工件弯曲变形等均有明 显的影响。选择车刀几何参数时主要考虑如下几点：

1.车刀的主偏角是影响背向力的主要因素，在不影响刀具强度的前提下，应尽量增大车刀主偏角，以减小背向力，从而减小细长轴的弯曲变形。一般细长轴车刀的主偏角选kr=80o～93o.2.为了减小切削力和切削热，应选择较大的前角，以使刀具锋利，切削轻快，一般取γo=15～30.3.前面应磨有R1.5～3mm的圆弧断屑槽，使切屑顺利卷曲折断。

4.选择正值刃倾角，通常λs=+3o～10o，使切屑流向待加工表面。此外，车刀也容易切入工件。5.为了减小背向力，应选择较小的刀尖圆弧半径（re<0.3mm）。倒棱的宽度也应选得较小，一般选取倒棱宽度br1=1.5ƒ。

6．要求切削刃表面粗糙度Ra≤0.4µm,并保持切削刃锋利。

六、训练检测：课本P317 8、9

七、总结

（一）细长轴的概念

（二）车细长轴产生的缺陷及原因

（三）使用中心架支撑车细长轴

（四）使用跟刀架支撑车细长轴

（五）减少工件的热变形伸长

o

o

（六）减少工件的热变形可采取以下措施:

（七）合理选择车刀的几何参数

八、布置作业：

1.配套习题册课题四相关习题 2.预习课文P312-313

九、教学反思：

本节课是理论课，不是实操课，通过采用目标教学法、视频演示法、讲练结合法这三种方法，把同学们带进了轻松、活泼、愉快的学习气氛中，达到了事半功倍的作用。

十、板书设计：

课题 细长轴的车削

（一）细长轴的概念

（二）车细长轴产生的缺陷及原因

（三）使用中心架支撑车细长轴

（四）使用跟刀架支撑车细长轴

（五）减少工件的热变形伸长

（六）减少工件的热变形可采取以下措施:

（七）合理选择车刀的几何参数

总第 课时 星期 第 节 时间：

第九章

课题五

车削薄壁零件

教学目标：1.熟悉薄壁零件的加工特点

2.掌握防止和减少工件变形的方法

德育目标：培养学生爱科学与合作精神 教学重点：防止和减少工件变形的方法 教学难点：防止和减少工件变形的方法

教学方法：目标教学法 视频演示法 讲练结合法 教学课时：1课时

教学用具：多媒体 视频资料 教学课型：新授 教学过程：

课题 车削薄壁零件

一、组织教学

点名考勤、稳定学生情绪、宣布上课

二、课前三分钟

三、复习提问

（一）细长轴的概念？

（二）车削细长轴常出现的缺陷有哪些？

四、导入语

同学们知道薄壁零件加工时会出现什么情况呢？如果出现了状况应如何解决呢？这就是我们今天在教学中的重点，也是难点。

五、讲授新课

（一）薄壁工件的加工特点

车薄壁工件时，由于工件的刚度低，在车削过程中，可能产生以下现象：

1.因工件壁薄，在夹紧力的作用下容易产生变形，从而影响工件的尺度精度和形状精度。2.因工件壁较薄，切削热会引起工件热变形，使工件尺寸难以控制。

3.在切削力尤其是背向力的作用下，容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、表面粗糙度、形状精度和位置精度。

针对以上车薄壁工件时可能产生的问题，下面介绍防止和减少薄壁工件变形的方法。

（二）防止和减少薄壁工件变形的方法 1．把薄壁工件的加工分为粗车和精车两个阶段

粗车时夹紧力稍大些，变形虽然也相应大些，但是由于切削余量较大，不会影响工件的最终精度；精车时 夹紧力可稍小些，一方面夹紧变形小，另一方面精车时还可以消除粗车时因切削力过大而产生的变形。

2.合理选择刀具的几何参数

精车薄壁工件时，要求刀柄的刚度高，车刀的修光刃不宜过长（一般取0.2～0.3mm），刃口要锋利。

3.增加装夹接触面积

使用开缝套筒或特制的软卡爪，增大装夹时的接触面积，使夹紧力均布在薄壁工件上，因而夹紧时工件不易 产生变形。

4.应用轴向夹紧夹具

车削薄壁工件时，尽量不使用径向夹紧，而优先选用轴向夹紧的方法。薄壁工件装夹在图所示的车床夹具体内，用螺母的端面来压紧工件，使夹紧力F沿工件轴向分布，这样可防止薄壁工件内孔产生夹紧变形。

5．增加工艺肋

有些薄壁工件可以在其装夹部位特制几根工艺肋，以增加刚度，使夹紧力更多地作用在工艺肋上，以减少工件的变形。加工完毕后，再去掉工艺肋，如图示。

6.浇注充分的切削液

浇注充分的切削液，可降低切削温度，减少工件热变形，是防止和减少薄壁工件变形的有效方法。

（三）车薄壁工件时切削用量的选择

针对薄壁工件刚度低、易变形的特点，车薄壁工件时应适当降低切削用量。实践中，一般按照中速、小吃刀和快进给的原则来选择。

六、训练检测：配套习题册

七、总结

（一）薄壁工件的加工特点

（二）防止和减少薄壁工件变形的方法

（三）车薄壁工件时切削用量的选择

（四）车削薄壁工件技能训练（视频演示）

八、布置作业：

1.配套习题册课题五相关习题 2.预习课文P315-316

九、教学反思：

本节课是理论课，不是实操课，通过采用目标教学法、视频演示法等方法，把同学们带进了轻松、活泼、愉快的学习气氛中，达到了事半功倍的作用。

十、板书设计：

课题 车削薄壁零件

（一）薄壁工件的加工特点

（二）防止和减少薄壁工件变形的方法 1．把薄壁工件的加工分为粗车和精车两个阶段 2.合理选择刀具的几何参数 3.增加装夹接触面积 4.应用轴向夹紧夹具 5．增加工艺肋 6.浇注充分的切削液

（三）车薄壁工件时切削用量的选择

（四）车削薄壁工件技能训练（视频演示）

总第 课时 星期 第 节 时间：

第九章

课题六

深孔加工简介

教学目标：1.熟悉深孔加工

2.掌握深孔加工的方法与排屑方式

德育目标：培养学生爱科学与合作精神 教学重点：深孔加工的方法与排屑方式 教学难点：深孔加工的方法与排屑方式 教学方法：目标教学法 视频演示法 教学课时：1课时

教学用具：多媒体 视频资料 教学课型：新授 教学过程：

课题 深孔加工简介

一、组织教学

点名考勤、稳定学生情绪、宣布上课

二、课前三分钟

三、复习提问

（一）薄壁工件的加工特点

（二）防止和减少薄壁工件变形的方法

四、导入语

同学们知道深孔加工时会出现什么情况呢？如果出现了状况应如何解决呢？这就是我们今天在教学中的重点，也是难点。

五、讲授新课

（一）深孔的概念与其加工简介

1.深孔深与孔径之比L/d>5的工件内孔称为深孔。2.加工简介

深孔一般在车床上加工。在加工深孔时，刀具细长而刚度低，同时存在着冷却困难、切屑不容易排出 的问题；且刀具在工件的内部切削，切削进行中的情况变化和刀具的磨损都无法直接观察到而较难控制。因此，深孔加工也是一种难度较大的加工工艺。深孔加工必须使用一些特殊刀具（深孔钻等）及特殊的附件，另外对切削液的流量和压力也有较高的要求。

（二）深孔加工的关键技术是深孔钻的几何形状和冷却排屑问题。（视频演示）1.用深孔麻花钻

近年来广泛使用的新槽形深孔麻花钻。它可以在普通车床上一次进给加工深孔。在结构上，通过加大螺旋角、增大钻心厚度、改善刃沟槽型、选用合理的几何角度和修磨钻心处等形式，较好地解决了排屑、导向、刚度等深孔加工时的关键技术。

2.用枪孔钻和外排屑

在加工直径为3～20mm的深孔时，一般采用枪孔钻。枪孔钻的几何形状如图示。枪孔钻是用高速钢或硬质合金刀头与无缝钢管的刀柄焊接制成的。刀柄上压有V形槽，是排出切屑的通道，前端的腰形孔是切削液的出口处。切削液的压力一般为0.35～0.9MPa。

用枪孔钻钻孔时，的棱边1和3承受切削力，并作为钻孔时的导向部分。高压切削液有空心导杆经腰形孔进入深孔的切削区域，切屑就被切削液从V形槽的切屑出口冲刷出去。由于枪孔钻是单刃，其钻尖偏离枪孔钻中心一个偏心距e，刀柄刚进入工件时，刀柄会产生扭动，所以必须使用导向套。

3.用喷吸钻和内排屑

钻削直径为20～65mm的深孔，当切削液的压力不太高时，可采用喷吸钻加工深孔的方法。喷吸钻的结构如图，它的切削刃交错分布在喷吸钻的两边，颈部有喷射切削液的小孔，前端有两个喇叭形孔，切屑在由小孔喷射出的高压切削液的压力作用下，从这两个喇叭形孔冲入并被吸进空心导杆，向外排出。

喷吸钻的工作原理如图示，喷吸钻头部用多线矩形螺纹连接在外套管上，外套管用弹簧夹头装夹在刀柄上，内套管的尾部开有几个向后倾斜30的月牙孔。当高压切削液从入口A进入管夹头中心后，大部分的切削液从内外套管之间，通过喷吸钻头部小孔进入切削区域；还有一部分切削液通过倾斜的月牙孔向后高速喷射，在内套管的前后产生很大的压力差。这样钻出的切屑一方面由高压切削液从前向后经两个喇叭形孔冲入内套管中，另一方面受内套管内前后压力差的作用被吸出，在这两方面的力量作用下，切屑便可顺利地从排屑杆中排出。

采用此种排屑方法的深孔钻是利用切削液“喷”和“吸”的作用使切屑顺利排出的，故称为喷吸钻。4.用高压内排屑钻

钻削直径为20～65mm的深孔时，可以用高压内排屑钻加工。

用高压内排屑钻加工深孔的工作原理如图示，高压大流量的切削液从切削液入口经封油头，通过深孔钻和深孔的孔壁之间进入切削区域，切屑在高压切削液的冲刷下经两个喇叭形孔从外套管的中间排出。采用这种方法，需要有较高压力（一般要求1～3MPa）的切削液将切屑从切削区域经外套管的内孔排出，因此称为高压内排屑。

与高压内排屑钻加工深孔的方法相比，使用喷吸钻时切削液的压力可低些，一般为0.8～1.2MPa，这样对冷却泵的功率消耗和对工具的密封要求都可以降低。因此，应尽可能采用较先进的喷吸钻来加工深孔。

六、训练检测：配套习题册

七、总结

（一）深孔的概念与其加工简介

o

（二）深孔加工的关键技术 1.用深孔麻花钻

2.用枪孔钻和外排屑 3.用喷吸钻和内排屑 4.用高压内排屑钻

八、布置作业：

1.配套习题册课题六相关习题 2.预习课文P351-355

九、教学反思：

本节课是理论课，不是实操课，通过采用目标教学法、视频演示法等方法，把同学们带进了轻松、活泼、愉快的学习气氛中，达到了事半功倍的作用。

十、板书设计：

课题 深孔加工简介

（一）深孔的概念与其加工简介

（二）深孔加工的关键技术 1.用深孔麻花钻 2.用枪孔钻和外排屑 3.用喷吸钻和内排屑 4.用高压内排屑钻

（三）车薄壁工件时切削用量的选择

（四）车削薄壁工件技能训练（视频演示）

总第 课时 星期 第 节 时间：

第十一章

课题一

基准及定位基准的选择

教学目标：1.掌握基准的概念及分类

2.掌握定位基准的选择原则

德育目标：培养学生爱科学与合作精神 教学重点：1.基准的概念

2.定位基准的选择原则 教学难点：定位基准的选择原则 教学方法：目标教学法 讲练结合法 教学课时：2课时

教学用具：多媒体 相关资料 教学课型：新授 教学过程：

一、组织教学

点名考勤、稳定学生情绪、宣布上课

二、课前三分钟

三、复习提问

（一）薄壁工件的加工特点

（二）深孔加工的方法有哪些？

四、导入语

同学们知道零件总是由若干表面组成，各表面之间有一定的尺寸和相互位置要求。零件表面间的相对位置包括两方面要求：表面间的距离尺寸精度和相对位置精度（如同轴度、平行度、垂直度等)。研究零件表面间的相对位置关系是离不开基准的，不明白基准就无法确定零件表面的位置。这就是我们今天要讲的基准与其一基准的选择，它们在教学中是重点，也是难点。

五、讲授新课（幻灯片放映）

课题

基准及定位基准的选择

（一）基准的概念

基准就其一般意义来讲，就是零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的点、线、面。基准按其作用不同，可分为设计基准和工艺基准两大类。

1.设计基准

设计零件图时用以确定其它点、线、面的基准，称为设计基准。

2.工艺基准

零件在加工和装配过程中所使用的基准，称为工艺基准。工艺基准按用途不同，又分为定位基准、测量基准、工序基准和装配基准。在选择工艺基准时应尽量使工艺基准与设计基准一致，但是工艺基准须随不同的加工方法而变更。

（1）定位基准是加工零件时以此确定刀具与被加工表面的相对位置的基准。

（2）测量基准是测量零件已加工表面位置及尺寸的基准。

（3）装配基准是装配时用于确定零件在模具中位置的基准，零件的主要设计基准常作为零件的装配基准。

（二）定位基准的选择原则

在最初的工序中只能选择未经加工的毛坯表面(即铸造、锻造或轧制等表面)作为定位基准，这种表面称为粗基准。用加工过的表面作定位基准称为精基准。另外，为了满足工艺需要在工件上专门设计的定位面，称为辅助基准。

1.精基准的选择

选择精基准应考虑如何保证加工精度和装夹准确方便，一般应遵循如下原则。

（1）应尽可能选用加工表面的设计基准作为精基准，避免基准不重合造成的定位误差。这一原则就是“基准重合”原则。

（2）当工件以某一组精基准定位，可以比较方便地加工其他各表面时，应尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位，这就是“基准统一”原则。例如，导柱、复位杆、拉杆等轴类零件的大多数工序都采用顶尖孔为定位基准。

（3）当精加工和光整加工工序要求余量尽量小而均匀时，应选择加工表面本身作为精基准，而该加工表面与其他表面之间的位置精度则要求由先行工序保证，即遵循“自为基准”的原则。

（4）为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度，在选择精基准时，可遵循“互为基准”的原则。

（5）精基准的选择应使定位准确，夹紧可靠。为此，精基准的面积与被加工表面相比，应有较大的长度和宽度.以提高其位置精度。

2.粗基准的选择

粗基准的选择影响各加工面的余量分配及不需加工表面与加工表面之间的位置精度。这两方面的要求常常是相互矛盾的，因此在选择粗基准时，必须先明确哪一方面是主要的。

（1）如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面之间的相对位置要求，一般应选择不加工表面为粗基准。如果在工件上有很多不需加工的表面，则应以其中与加工表面的位置精度要求较高的表面作粗基准。

（2）如果必须首先保证工件某重要表面的余量均匀，应选择该表面作粗基准。如图2所示为冲压模模座粗基准的选择。此时应以下平面为粗基准，然后以下平面为定位基准，加工上表面与模座其他部位，这样可减少毛坯误差，使上、下平面基本平行，最后再以上平面为精基准加工下表面，这时下平面的加工余量就比较均匀，且较小。

（3）粗基准的表面应尽量平整，没有浇口、冒口或飞边等其他表面缺陷，以便使工件定位可靠，夹紧方便。

（4）粗基准一般只能使用一次，即不能重复使用，以免产生较大的位置误差。

六、训练检测：配套习题册

七、总结

本节课主要讲的是基准的概念及相关基准的分类、定位基准的选择原则它们是本节的重点内容，更是难点内容，请同学们在课下一定要牢记。它们是在今后岗位的奠基。

八、布置作业：

1.配套习题册课题一相关习题 2.预习课文

九、教学反思：

本节课是理论课，不是实操课，通过采用目标教学法，把同学们带进了轻松、活泼、愉快的学习气氛中，达到了事半功倍的作用。

十、板书设计：

课题

基准及定位基准的选择

（一）基准的概念

1.设计基准

2.工艺基准

（1）定位基准（2）测量基准（3）装配基准

（二）定位基准的选择原则 1.精基准的选择

篇3：细长轴数控车削方法

关键词：细长轴,车削加工,刚度

1 细长轴产生刚度变形的原因

一般来说, 轴的长度L与直径d之比大于或等于25 (L/d≥25) 时, 就为细长轴, 细长轴是与车削中难以加工的工件, 切削时容易出现弯曲变形、锥度、竹节、棱形等毛病, 加工精度和表面粗糙度, 而使工件报废, 甚至无法加工, 其主要原因有以下方面。

1.1 细长轴毛坯因本身制造和运输等原因弯曲不直或有内应力, 加工容易产生变形

细长轴毛坯本身刚度差, 在毛坯制造中, 容易产生内应力, 在运输和搬运中, 容易将细长毛坯搞弯, 致使加工后也容易产生弯曲变形。

1.2 细长轴刚性差, 加工中受切削力、自重力和离心力等作用, 易弯曲变形

细长轴因刚性差, 受背向切削力Fp (纵向) 作用, 会把工件顶弯, 受走刀抗力Ff (轴向) 作用, 会把工件压弯, 当工件长颈比L/d较大时, 这种压弯问题会更为严重, 由于工件刚性差, 受自重力作用, 工件中部会弯曲下垂, 在高速旋转下, 由于离心力的作用, 更加剧了这些变形, 并引起振动, 有时会使加工无法进行。

1.3 工件受切削热的作用, 会产生热伸长

车削时, 由于切削热的影响, 工件随温度的升高而逐渐伸长变形, 因此车削细长轴工件时应特别注意变形问题。

工件热变形伸长量, 可按下式计算:

式中:ΔL———工件热变形伸长量 (mm) ;

α———材料线膨胀系数 (1/℃) ;

L———工件的总长 (mm) ;

Δt———工件升高的温度 (℃) 。

例如车削工件材料为45号钢, 长度为1200mm的细长轴, 工件由室温21℃升到61℃, 其热伸长量ΔL=0.566mm, 如卡盘和顶尖间距离是固定的, 工件不能自由伸长, 因此, 就产生了轴向力, 进一步加剧了工件的弯曲变形。

2 提高细长轴车削刚度的方法

为了减少细长轴车削时间, 背向力Fp引起的变形。车削中常用中心架、辅助支承等方法来提高细长轴车削的刚度。

2.1 中心架直接支承法

当工件可分段车削或掉头车削时, 则在工件中间可用图1所示的中心架支承 (中心架的支承卡爪用铸铁或青铜等制成) 。在工件装上在中心架之前。必须在工件毛坯中间车一段支承爪的沟槽, 沟槽表面粗糙度更细, 圆柱度公差要小, 加工前支承爪与轴应轻微接触。可以在支承与工件间加一层细纱布, 加工过程中应经常加润滑油, 并随时注意支承爪与工件发热情况, 发热过高时应即时调整支承爪。

2.2 中心架间接支承法

有时车削中心架支承爪的沟槽比较困难, 则可采用过度套筒 (过渡套筒外圆表面要光滑, 圆柱度要在±20~30μm) 。如图2所示过渡套的两端各有四个螺钉, 用这些螺钉夹住毛坯工件, 并调整套筒轴线, 使其与主轴旋转轴线相重合, 即可进行车削。低速车削时, 要用机油润滑套筒与中心架支承爪的接触表面。高速车削时, 要用冷却润滑液浇注在套筒的外表面, 防止摩擦发热和出现吱吱的叫声及“冒烟”现象, 一端车好后, 零件调头装夹车削, 方法同前。

为了防止摩擦过热或划伤支承爪, 可用滚摩擦来代替滑动摩擦, 如图3所示。

该中心架由双列向心短圆柱子轴承8, 可调整轴承套3套, 轴瓦式凹形支承爪6等组成。选用的轴承应能承受较大的径向和轴向负荷。改装中, 将原中心架的三个支承爪, 改用附图的轴瓦式凹形支承块6, 它是固定在车床上并由其本身镗出, 其宽度等于所选用轴承的厚度。可调整轴承套3与轴承8内孔有1∶12的锥度, 用锁紧螺母5锁紧。轴承套3的内孔应比毛坯工件外径大10mm。在轴承套3的以端有三只互为120度的紧固工件, 使工件能够在可调整轴承套筒内旋转, 从而以滚动摩擦代替滑动摩擦, 防止了摩擦发热, 节省了冷却润滑液, 扩大了普通中心架的使用范围。

2.3 辅助支承

在工厂里车削细长轴或长丝杠时, 除了使用跟刀架外, 工人师傅还采取其他简便易行的支承方法, 如可调木托支承, 见图4和图5。

木托支承块上开有与轴径大小相适应的V形槽, 细长轴或长丝杠就被V形槽支承槽支承着。由于木材和细长轴或长丝杠有较大的摩擦, 在加工时要向V形槽中不断地加冷却润滑油。因为木材有吸振减振的作用, 所以增加了工件的稳定性。

支承块下面是调整块和底座, 在支承块和调整块之间有一较小的斜面接触, 通过这个斜面就可调整支承块的高低, 以是适应不同直径的细长轴或丝杠, 此即所谓的可调。底座下面与车床的导轨相配, 组成件的参考尺寸见图5。

篇4：快速车削细长轴

一、采用快速车削细长轴的车刀

1.刀具特点

首先,刀片材料选择YT15硬质合金,在精加工或加工硬度较高的工件时,亦可采用YT30硬质合金;刀杆材料选择45号钢。其次,选择约为20°左右的大前角;同时磨有4～6毫米宽、1.5～1.8毫米深的卷屑槽,使切削力减小;主切屑呈银白色,并能盘旋成螺旋状顺利排出。第三,选择90°的主偏角,以减小径向切削分力的影响。第四,主切削刃的刃倾角为3°,控制排屑方向,不使切屑划伤已加工表面。第五,刀尖处磨有圆弧过渡刃,增加刀尖强度,改善散热条件。第六,负倒棱的宽度为0.15～0.20毫米,倾斜角为-20°(和前角的绝对值相同),能增加刀刃强度,并使在加工时产生线状蓝色副切屑,串在主切屑的螺旋圈中同时排出,带走粘附在已加工表面上的积屑瘤,使工件取得较好的加工表面粗糙度。

2.使用条件

此刀适用于在C620、C630类车床上快速车削细长轴。当车削20～40毫米、长1～1.5米的细长轴时:粗车选择n=450～750转/分、ap=1.5～3毫米、f=0.3～0.5毫米/转;半精车选择n=600～1200转/分、ap=1～1.5毫米、f=0.3～0.5毫米/转;精车选择n=600～1200转/分、ap =0.5～0.7毫米、f=0.15～0.2毫米/转。同时,应用硫化乳化液作充分的冷却润滑。

3.使用效果

加工表面粗糙度可达到Ra≦3.2微米,工件弯曲度小于0.03/500毫米,生产效率可提高4倍左右。

4.注意事项

装刀时,刀尖应高于工件中心0.3～0.5毫米,使车刀后刀面与工件表面有微小的面接触,减小车削时的工件振动;同时使车刀后刀面能对工件起微量定位挤压作用,以减低加工表面粗糙度值。装刀时,车刀刀尖应向左偏2°左右,使车削时的实际主偏角相当于88°,有利于减少“扎刀”现象。

二、做好车床的调整工作

在车削细长轴时,车床本身的精度对加工质量,生产效率等有着较大的影响,因此,在一般精度的车床上车削细长轴,必须重视车床的调整工作,为顺利加工打好基础。

1.调整尾座位置,使工件轴线与床身导轨平行

调整时,车床卡盘夹住一根与工件长度相接近的试棒,试棒的另一端由顶针支承,移动大拖板,利用放在拖板上的百分表,使其触头触在试棒上面,测出在试棒两端位置上百分表读数误差,接着就可用厚度等于百分表读数差值的窄条垫片(如薄铜片、薄纸片等),垫入尾座和床身导轨的接触面之间,进行调整。垫的位置按误差所在部位确定,如果靠车头一端低,垫片应垫在尾座的后端;如果靠尾座一端低,则应垫在尾座的前端,使车削时工件轴线在垂直方向上与床身导轨基本平行。然后,把百分表触头触在试棒的侧面,移动大拖板,测出在试棒两端位置上的百分表读数误差,再根据误差的大小和方向调整尾座的横向位置(当误差较小时,也可在顶针锥柄和尾座心轴锥孔的接触面一侧垫进适当的薄纸片来进行调整),使车削时工件轴线在水平方向上与床身导轨平行。

2.调整大、中、小拖板塞铁的间隙

这里需要注意的是调整中拖板塞铁的间隙,使中拖板在车削过程中稳定、可靠,防止“扎刀”,且能轻便、精确地控制切削深度,方便操作。

三、使用改进过的跟刀架

跟刀架在细长轴加工过程中是一个主要辅件,使用跟刀架是防止工件弯曲变形的重要措施。在快速车削细长轴时,所用的跟刀架需达到以下几点要求:第一,跟刀架的各个爪柱应互相垂直。在加工细长轴外圆时,使用上、侧两爪柱;在加工长丝杆时,三个爪柱都用,并要求它们的轴线在垂直于工件轴线的同一个平面内,而且都通过工件中心,使跟刀架爪脚与工件的接触位置正确,支承平稳。第二,跟刀架各爪柱与跟刀架上各相应孔的配合要求精确,其间隙宜在0.02～0.03毫米左右,同时要求起锁紧爪柱作用的紧固螺钉顶端与爪柱上的长槽接触良好,使调整跟刀架爪柱时方便、可靠。第三,跟刀架爪柱申出跟刀架体的长度不要大于35毫米,爪柱与爪脚的配合要紧密,使爪脚在车削过程中,支承稳定,不发生摇动。第四,跟刀架爪脚材料不适宜选用铜类或钢类,一般应选用HT20-40铸铁,它的特点是耐磨性强,能保证加工精度。同时,不会研伤工件表面,加工表面粗糙度较好。当加工的细长轴材料为铜、不锈钢或30号钢以下的低碳钢时,则爪脚应选用胶木材料。第五,爪脚和工件的接触面要求在工件轴线方向上有30～35毫米宽,并要求爪脚在该方向上的两端不带有倾角;在工件径向方向上则要求接触面成弧形,使车削时爪脚和工件接触良好、稳定,因此在车削前,要对跟刀架脚的支承面进行修整,即对爪脚进行预磨损。

四、采用有效的加工方法和合理的加工步骤

下面以车削材料为45号钢(经正火处理或调质处理)、直径为20毫米(毛坯直径为28毫米或30毫米)、长度为1200毫米的细长轴为例,进行叙述。

首先,工件以一端夹持,另一端用中心架支承的方法,车平端面和车出“夹头档”(即调头后,受卡盘夹持的部分),“夹头档”的直径约22毫米,长度要求为8～10毫米;接着将工件调头,以相同的装夹、支承方法,车对总长和钻好中心孔;而后采用活顶针支承、顶针的顶紧力不能太大,只要使顶针尖能随着工件作稳定的旋转再稍微顶紧一点即可。这样再按前面所述的内容装好快速车削细长轴的车刀,修整好跟刀架脚的支承面,准备好充分的硫化乳化液,调整好切削用量,移动小拖板使车刀主切削刃在爪脚侧面前0.5～2毫米左右,即可开始进行粗车。粗车时,采用反走刀车削法,在车到“切”入工件后,就要做好跟刀架脚的调整准备工作,使爪脚的支承面尽量靠近工件的已加工表面。当所车处的轴向长度能容纳爪脚时,即迅速、正确地调整跟刀架外侧和上侧的两个脚,使它们和工件接触,而又不影响此时车削的工件直径大小。在车削中,由于一般车床床身导轨的磨损不很均匀,工件的加工轴线和床身导轨之间会有局部的不平行,使跟刀架脚对工件的支承力大小发生变化,而影响到顺利切削和加工精度。因此,在一般精度的车床上车削细长轴时,宜根据事先通过检查、测量得出床身各段导轨的磨损情况,来调整跟刀架上面一个爪脚的支承紧松,达到顺利车削和保证加工精度的目的(必须注意:在车削中,跟刀架外侧的一个脚一般是不能调整的,否则会出现更大的加工缺陷)。

为了减小工件的弯曲变形,在车削中,每车好一刀后,要进行中心孔的“找正”工作,即在停车后,用手托住工件右端(防止因工件自重而产生下垂现象),随后松开顶针,以慢车速(一般在12转/分以下)让工件回转,检查工件中心孔是否对准尾座的顶针尖;如果没有对准,则需按中心孔偏离的大小和方向,用木锤或手轻轻拍击工件,进行校正。一般在每车好一刀后,进行一次中心孔找正工作,能够减小工件的弯曲变形。

篇5：细长轴车削浅析

1 减小振动的各种措施

1.1 合理选择车刀的几何参数

实践表明, 车刀的前角γ0和主偏角Kr对振幅的影响如图1所示。由于增大前角和主偏角, 使切深分力Fp (Fp=FDcosKr, FD为切深分力Fp与进给分力Ff的合力) 减小, 弯曲变形减小, 振动也随之减轻。因此, 细长轴车削中, 在保证车刀有足够强度前提下, 尽量使刀具的前角和主偏角增大。

1.2 合理选择切削用量

切削加工中的振动随进给量f的增大而减小。但增大进给量会增大工件表面粗糙度值。一般粗加工选择f=0.33～0.38mm/r, 精加工选择f=0.15～0.25mm/r。

切削速度与振幅的关系如图2所示, 由图2可见, 当切削速度vc=30～40m/min时, 振幅最大, 振动剧烈。因此, 应该避开该速度范围, 采用低速或高速。

1.3 改变工件径向受力情况

除工件偏心自重产生的不利影响外, 刀具沿工件径向施加的切削力Fp也是构成振动的主要因素。

为此, 设法消除或减小各类切深分力是很有效的措施。在细长轴中间设置一个用中心架构成的辅助径向支撑, 能有效防止加工时的挠曲变形。而跟刀架的使用则相当于在车刀旁8～10mm处设置了一个随动支撑, 它能更有效地提高细长杆的刚度。这两类装置所用的与工件表面直接接触的顶块可视实际情况选用不同的材料, 如, 用有色金属或者非金属材料则磨损较快, 使用较硬的材料又会对已加工面造成损害, 可考虑使用乳化液对其进行充分的冷却与润滑。

根据细长杆车削的特点, 人们设计出了一些专用跟刀架, 其效果优于普通中心架和跟刀架。较典型的有磁力跟刀架、加磁车刀、滚动轴承跟刀架等。

磁力跟刀架原理如图3所示, 它相当于在车刀两侧各设置一副磁性吸附装置, 利用该装置所产生的径向吸附力来抵消刀具给工件的径向力。磁性吸附装置可用永磁材料制成, 也可用电磁原理实现。控制好吸附装置与工件间的距离, 同时做好磁性装置的漏磁封闭, 使切屑不至于过量吸附。对于永磁材料还要考虑散热问题, 以免温度过高导致失磁。这种方法比一般跟刀架的优点突出, 由于磁性装置对切削力是非接触式对称布置, 所以, 它不仅克服了一般跟刀架在切削部位所产生的力矩, 还不会对已加工表面有任何伤害, 切削速度可进一步提高。但是对直径过小的轴和无磁性材料行不通。

加磁车刀由套在刀杆上的励磁线圈产生磁场, 即刀杆本身在车削时实际上为一带磁体, 切削时磁场通过刀具将工件吸向刀具一侧。图4为一个反馈磁场控制的车削系统, 利用传感器测出工件相对于刀具的位移信号, 经处理后反馈给缠绕在刀具上的线圈, 从而根据需要调整电流强度, 也就调整了线圈对工件引力的大小, 达到减小振幅的目的。其不足是磁场也会吸引切屑, 使一部分切屑粘在刀具前端 (粘屑) 。而且需要在车床上安装电子仪器、仪表, 十分不便, 也影响工人操作, 还需要另配供电电源。

图5为一滚动轴承跟刀架系统, 它通过支撑螺栓支撑在溜板箱上, 这样, 一方面可使切削力作用在溜板箱上, 减轻了振动;另一方面, 因为3个支撑爪前装有滚动轴承, 变滑动摩擦为滚动摩擦, 也大大减轻了振动。

1.4 改变轴向受力方式

细长轴横置, 在重力和尾架顶紧力的作用下很容易弯曲甚至失稳, 同时在切削热的作用下轴也要热涨伸长。因此, 改善工件的轴向受力, 妥善解决顶紧与伸长的矛盾在细长杆加工中显得尤为重要。反向进给法和拉切法都属于此类方法。反向进给法是指刀具由卡盘向尾架方向作进给运动。常规的进给方向使得尾架的顶紧轴向力与切削轴向力方向一致, 加剧了细长杆的弯曲, “反向进给+活顶尖”的方式解除了尾架的轴向力, 切削轴向力对工件的作用也由压缩变为拉伸, 同时, 工件的伸长变形也得到了保障。值得注意的是, 反向进给与活顶尖一般都要配合使用, 否则效果欠佳。另外, 工件尾部使用轴向不固定的导套也可以很好地消除轴向力。

拉切法原理是把工件在卡盘处夹紧后, 用尾架把工件朝床尾方向适当拉仲, 加工过程中保持这一拉伸作用, 使得正反向切削时工件上各段都只承受拉力的一种加工形式。这种方法的关键在于:一要控制好合适的拉紧力, 二是尾架上夹持工装的结构要合理。尾部夹持结构要保证足够的刚度、足够的夹紧力和一定的定心精度, 当然也可以在工件上设置一些辅助工艺结构来获得尾部夹持, 如, 在工件尾部设置螺纹结构的办法。

1.5 其他方法

除上述方法外, 也可以通过分段车削以及合理选择切削液来改善切削效果。北京卫星制造厂的汤士良等Ⅲ在加工资源卫星上的帆板拉杆时, 把三爪装在四爪上并利用三爪装夹, 对工件找正, 分粗车、半精车、精车3个工步进行加工, 每个工步又将工件分段加工, 以提高加工时工件的刚度。另外, 精加工阶段选用以润滑为主的工业豆油作为切削液, 降低刀具与工件间的摩擦, 达到抑制振动的目的。

2 振动的理论分析方法

振动是细长轴车削中的主要难题, 然而这方面的理论研究却很少, 一方面是因为非线性切削动力学的复杂性;另一方面数据采集也是一个难题。为研究车削中的振动信号, 一些学者使用了基于快速傅立叶变换的功率谱分析法, 还有的采用时序模型在线预测法。除此之外还有以下几种比较系统的分析方法。

2.1 通过实测传递函数进行建模分析

文献[3]通过试验测出车削系统的切削动力学传递函数和结构动力学传递函数, 由此建立模型对细长杆车削进行仿真研究。对3个不同的切削速度和各种切削深度进行仿真, 以切削力和径向位移为研究对象, 通过观察并进行李亚普诺夫指数分析, 结果为切削力信号呈现出混沌性;虽然位移信号频率保持不变, 但是振幅也呈现出混沌性, 最后对仿真分析进行试验验证。由于初值敏感性是混沌系统的基本特性, 因此会给振动信号的预测带来误差。

2.2 利用神经网络对细长杆车削中的振动进行预测

人工神经网络可以模拟人的学习能力, 因此已经被广泛应用于许多领域。利用神经网络对细长杆车削振动进行预测的一个重要优点就是它的预测速度快, 但是, 为使神经网络的预测值有足够的精度, 必须提供足够的典型信号对其进行训练, 因此, 需要做大量的试验来获得典型信号, 这使得在不同振动环境中训练神经网络变得非常困难。

2.3 以梁的横向振动理论为基础建立细长杆车削动态模型

文献[4]应用梁的横向振动理论建立了细长轴横向振动微分方程, 通过对车削动特性的研究, 提出并得到试验证明的细长轴车削用量的选择原则和方法, 此法在上海地区许多机械制造企业得到了应用, 不仅提高了许多细长轴类零件的加工质量, 而且还取得了一定的经济效益。

细长轴横向振动微分方程为:

式中:m为工件质量的线密度, kg/mm;t为时间, s;Y为工件相对于刀具的径向位移, mm;x为工件的轴向坐标, mm;E为工件的弹性模量, N/mm2;I为工件的惯性矩, mm4;f (x, t) 为施加在工件上的径向外力线密度, N/mm。

3 可运用的新分析方法

对于旋转机械的振动信号分析, 以FFT为核心的传统分析法曾发挥过巨大作用, 目前仍然是其他分析方法的基础, 但是, 它存在两个缺点:一是振动的幅值和相位相互分离;二是同一截面的水平和垂直方向振动相互独立。细长轴车削过程中, 工件在振动的同时也在作回转运动, 因此水平方向和垂直方向的振动都会增大加工误差。近年来发展起来的全息谱分析方法, 把水平和垂直方向的振动融合在一起, 这样可以有效地克服传统方法的上述两个缺点, 因此如果运用全息谱分析细长轴车削振动特性将会更加精确。有关全息谱分析法另文。

参考文献

[1]刘凤棣.机械加工技术问题处理集锦[M].北京:机械工业出版社, 1995.

[2]李晓舟.用磁力跟刀架减小细长轴车削时的鼓形误差[J].机电工程, 1994 (3) :37-9.

[3]TanselIN, WagimanA, Tziranis Recognitionofchatterwith-neuralnetworks[J].International journal ofmachinetools&manufacture, 1991, 31 (4) :539-552.