杆類零件加工
2014-3-13 來源： 作者：平（píng）陽機械廠 蔣業平（píng）
杆類零件, 特別是長徑（jìng）比（bǐ）很大的細長杆類零（líng）件, 是比較難（nán）以加工的零件, 由（yóu）於細長杆本（běn）身的剛性差, 加工過程中受切削力、切削熱, 振動等影響,容易出現彎曲, 竹節、維度、棱形和腰鼓形等缺陷。如果能正確地掌握刀具切削部（bù）的幾何參數, 設計（jì）有效（xiào）的工藝裝（zhuāng）備, 以及合（hé）理的（de）工藝規程, 那麽將會很大程度地提高刀（dāo）具的耐用度, 改（gǎi）善切削性能, 滿足質（zhì）量及（jí）生產率要求（qiú）。以下（xià）分五個方麵談杆類零件的加工（gōng）。
一、影響杆類零件加工質量的主要（yào）因素
影（yǐng）響杆類零（líng）件加工質（zhì）量的因素很多, 經過實踐認（rèn）為（wéi）, 杆類零件（jiàn）在加工中所產生的振動是主要因素, 而振動的產生, 主要由四個（gè）原因所致。①杆件在（zài）高速旋（xuán）轉時, 在其圓周方向將（jiāng）會產生圓周力, 在這（zhè）裏可以理解為離心力, 見圖1, 由於零件的自重力存在, 因此上、下垂直方向的離心力最大, 這兩個力（lì）隨著零件（jiàn）長徑比的大小而變化, 長徑比越大, 自重力就越大, 而（ér）上下跳動也（yě）就越大; 也就是說, 杆件（jiàn）越長越細, 其剛性越差, 撓度越大, 上下跳動就越（yuè）大。②在（zài）一定的切削速度範圍內, 振動是隨著切削速（sù）度的增大而逐漸（jiàn）增大的。③刀具（jù）的幾何角度選擇不當, 也將會增加切削力, 在相同的切削條件下, 切（qiē）削力大, 振動就大。④工藝方法不合理, 同樣會引起杆件振動。
二、切屑受（shòu）力及變形分（fèn）析
振動是（shì）隨著切削速度的增加而（ér）增（zēng）加的, 但是切削速度增加到一定極限值時, 振動還會減小。下麵從切屑受力（lì）及變形進行分（fèn）析。
1. 切屑受力分析
切屑形成是擠壓— 滑移過程。故在切削時, 切屑上有如下各力作用（yòng）。圖2表（biǎo）示出與前刀麵接觸的切屑底層, 作用（yòng）著前刀麵對切屑的正壓力N前和F前（qián）摩擦力 ; 在（zài）滑移麵上, 切屑受正壓力Fn和剪切抗力Fs的作用, 剪切麵上的抗力
合力R由 來平衡∴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（shàng）互相平衡, 形成兩個大小相（xiàng）等方向（xiàng）相反的合力;
- R= R’
切削在切削合力R的作用下被切除。ω角（jiǎo）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方向, 稱為（wéi）作用角。
由圖2可知:
ω= θ- γ
式（shì）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）此可（kě）知, 切屑與前（qián）刀（dāo）麵的摩（mó）擦係數μ越小,前（qián）角γ愈大, 則作用角ω愈小（xiǎo）。ω角（jiǎo）小時, 表示R力指（zhǐ）向切削表層, 切屑變形較小; ω角（jiǎo）大時（shí）, 表示R力指（zhǐ）向切削深層, 這時, 切屑變形較大。
2. 切屑（xiè）變形分析
切屑變形最明顯（xiǎn）的現象是（shì）切屑收縮, 即（jí）切削時被切層受到擠壓, 內部產生滑移變形, 切（qiē）屑長度縮短, 厚度增加(寬度（dù）略有增加, 一（yī）般可忽略（luè）不計) 由圖2可（kě）見。
收縮係數K= L / L霄 = a霄/a> 1
式中: L、a — — 切削層長度和厚度;
L霄（xiāo）、a霄 — — 切屑長（zhǎng）度和厚度。
一般情況下, 切削中（zhōng）碳鋼時（shí）K= 2～ 3。從切屑收縮情（qíng）況來看, 切屑係數K 與滑移角 和前角γ有一定的（de）幾何關係。
因為 
所以 
當U1角變大時, K值變小, 於是切屑（xiè）變形亦相應變小, 從圖3中可以看出, 因為切屑變形小固然會導致切屑（xiè）厚度變薄, 同時在高速切削的作用（yòng）下, 切屑（xiè）在刀麵上流動很快, 切削熱仍保留在切屑內使得切屑易於塑性變形, 這就更加有利於改善切削條件（jiàn）, 大大減小在切削過程中的徑向力。
三、杆類零件的加工工藝
杆類零件的材料一般需經調質處（chù）理, 切削（xuē）用量主要根據零件的長（zhǎng）徑比, 物理性能, 機械性能以及加（jiā）工餘量（liàng）而選定。當長（zhǎng）徑比較大（dà）, 韌性較大時, 選用較小的切（qiē）削用量, 若選用較大的切削用量, 將會增加切（qiē）削力而引起杆件振動。
加工前準備: ①調整車床頂尖使其與主軸中心一致; ②檢查機床轉速是否（fǒu）正常; ③導軌是否單行;④三杠是否同心; ⑤溜板鬆緊適度, 總之要掌（zhǎng）握機床的各部性（xìng）能良好有效; ⑥杆件頂尖孔最好（hǎo）在（zài）本車床上用（yòng）頂尖研磨一（yī）下; ⑦修理跟刀架腳爪(活動跟刀架則不用修), 使其與杆件（jiàn）有較好的吻合; 支（zhī）柱爪軸向加（jiā）長至35～ 45毫米, 徑（jìng）向（xiàng）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, 使其充分冷卻刀頭。
刀具（jù）安裝方法: 粗加工和半精加工時, 刀具應高於主軸中心0. 2～ 0. 5毫（háo）米, 精加工時應（yīng）高於（yú）主軸中心0. 2～ 0. 3毫米。這樣安裝（zhuāng）不僅增大了（le）工作前角, 而且還能使刀的（de）主後麵約束杆件向上的作用（yòng）力, 防止（zhǐ）杆件的跳動。
在（zài）加工過程中, 隨著加工所產生的軸向力的大小, 要（yào）進行調整。尾座頂（dǐng）尖的鬆緊情況, 因（yīn）為頂尖的頂力大小, 都能引起杆件跳動, 又因杆（gǎn）件（jiàn）的基體組織分布不均, 它的物理性能和機械性能也（yě）不同, 杆件的伸縮（suō）率也是變化的。所以在加工時就需要每次進行調整。檢驗頂（dǐng）力大小的方（fāng）法通常是將兩手（shǒu）指(食指和拇指) 輕輕放在活頂尖上, 若能使頂尖停止轉動, 這時（shí）的頂力為合適, 檢驗的程序是加工至約300～ 500毫米處時, 要及時進行調（diào）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（qíng）況隨時調整, 以防止加工過程中由於頂力過大過（guò）小的變化所產生的振動。
四、刀具幾（jǐ）何角度
選擇刀具的幾何參數正確與否（fǒu）將直接影響杆件的質量（liàng）和刀具的使用壽（shòu）命, 為了得到切削輕快,降低切削力需將精加工車（chē）刀的前角γ增大為28°～30°, 並在主切削刃上磨出一個寬度為0. 1～ 0. 2毫米負20°～ 30°倒棱, 以增加主切削刃強度。這樣在高速切削過程中, 負（fù）刃上就能形成切屑瘤成為一個穩定基（jī）座, 切屑瘤在棱麵上不僅保（bǎo）護了刀刃, 而且還增大了（le）前角, 並能擔負著部分的切削（xuē）作用（yòng）, 在高速切削過程中, 刀瘤不斷生（shēng）成、長大（dà）、脫落。由於主屑流速很快, 並與切屑瘤相對摩擦, 切屑瘤能連續形成一細條副切屑（xiè）, 在主屑內緩緩排（pái）出, 在排出同時,它帶走了大量的（de）切削（xuē）熱, 減少了傳到車刀上的（de）熱量, 延長了車刀的耐用度同時又消除了刀瘤停留在（zài）已加工表麵上的可能性, 從而提高了（le）表麵（miàn）精度。
五、輔具
當杆件的直徑>h3 , 長徑比> 500～1000時（shí）, 托架是（shì）在加（jiā）工過程（chéng）中起減振作用的主要（yào）輔具。托架由兩塊製（zhì）有3°斜麵的木（mù）質(紅鬆) 托塊組成。上托塊製成V 型托口見圖4。這樣可使得（dé）杆件與上（shàng）托塊在互相作用時能（néng）夠（gòu）不完全碰撞, 受力時一部（bù）分功能將受到損失, 以達（dá）到緩衝, 減少反作（zuò）用力的作用。
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