细长丝杠车削加工工艺的探讨.pdf

精密制造与自动化 2016年第3期 63 20h618166520h614M181.5M181.5T253-8101115025907870细长丝杠车削加工工艺的探讨 胡雅琴 裘卓明（杭州杭机股份有限公司 浙江临安 311305）摘 要 通过细长轴的加工实例，从细长轴的定义及特性入手对细长轴的加工进行分析。结合加工细长轴的工艺过程，阐述了从合理的装夹方法到切削用量的选择对车削细长轴的影响，以及使用不同的材质对车削细长轴表面粗糙度的影响。关键词 细长轴 切削用量 机械性能 易切削非调质钢 表面粗糙度 细长轴的加工一直是困扰机械行业，也是一个很难完美解决的加工难题，某一加工零件如图 1 所示，为直径 25 mm、长度 1 150 mm、材质为 45钢的丝杠。图图 1 细长轴简图细长轴简图 1 1 加工前丝杠的特点加工前丝杠的特点 工件长度与直径之比大于 10 的零件，称之为细长轴1（即 L/d10）。而该丝杠的长径比为 46，属细长轴的范畴，包含了细长轴的加工特点：（1）丝杠刚性很差。在车削加工时如果装夹不当，很容易因切削力及重力的作用而弯曲变形，产生振动，从而降低加工精度及表面粗糙度。（2）丝杠热扩散性很差。在切削热的作用下，会产生相当大的线膨胀。如果轴的两端为固定支撑，则会因受挤而弯曲变形。当轴以高速旋转时，这种弯曲所引起的离心力，将更进一步加剧轴的变形。（3）细长零件，加工时一次走刀所需的时间长，刀具磨损较大，从而增大了丝杠的几何形状误差。（4）抗弯力弱。丝杠在运转过程中也要注意存放方法,通常需吊挂放置。所以此丝杠的加工难度显而易见。2 2 车削加工时采取车削加工时采取的的措施措施 （1）因丝杠的刚性差，不当的放置或自重都会引起工件弯曲，所以在粗加工前先将原材料校直，直线度允差在 0.15 mm 以内。加工后，丝杆需吊挂放置。（2）因丝杠抗弯力弱，所以在装夹定位时，采用一夹一顶的方式装夹。加工前先检查头架与尾架的轴中心高度，确保两轴中心高度一致。三爪卡盘装夹时，垫铜皮，避免夹紧力太大，引起工件变形。顶针用弹性活络顶针，顶尖处涂高速润滑脂，避免丝杠因切削热而膨胀变形时引起工件弯曲与变形。（3）为了增加丝杠的刚性，加工时用跟刀架作辅助支撑。跟刀架的中心与头架及尾架的轴中心高度保持一致。（4）切削时用切削液充分冷却，避免丝杆因切削热而膨胀变形。2.1 2.1 切削用量及刀具的选择切削用量及刀具的选择 （1）采用主偏角为 8090的车刀，来减少丝杆的径向受力，因而减少切削震动和弯曲变形。（2）采用较大前角 1520的车刀切削。尽量减少切削变形和摩擦力。（3）减小切削速度，一般用 4050 m/min 的切削速度。（4）减小切削深度和进给量。通过上述措施该丝杠粗车后，情况良好。进行下道工序：热处理-调质。在热处理后精车前，再次校直丝杆，以避免因工件弯曲变形所造成的加工困难，且跳动允差控制在 0.1 mm 以内。精车时，若按粗车时的切削用量及方法，在经 精密制造与自动化 2016年第3期 64 过调质校直后再车削时，发现严重让刀及粘刀现象。工件表面成鱼鳞状，表面圆度及粗糙度极差无法继续加工。针对细长丝杠的特点、结合在粗加工时的经验，将切削用量等上述措施重新调整。2.2 2.2 精车时的切削用量及刀具的选择精车时的切削用量及刀具的选择 （1）采用主偏角更大的车刀，角度为 9095来进一步减少丝杠的径向受力，减少切削震动和弯曲变形。（2）采用更大前角 2030的车刀切削。进一步减少切削变形和摩擦力。（3）减小切削速度，一般用 3040 m/min 的切削速度。（4）减小切削深度和进给量。进给量减为0.100.15 mm/r。经过上述调整，让刀及粘刀现象有所改善，但 仍无法克服粘刀现象。3 3 丝丝杠杠（细长轴）的加工与材质的关系（细长轴）的加工与材质的关系 经过多次实践，均无法彻底克服粘刀现象。表面粗糙度不能达到 Ra3.2 m。经分析认为，45 钢具有较高的强度和韧性，45 钢经调质后，塑性变大是粘刀的主要原因。为此，我们特选切削加工性能良好的 40Cr，但实验结果还是不理想。取消调质，粗车、精车二道工序合并加工，但机械性能达不到设计要求。最终用易切削非调质钢 YF45MnV 代替40Cr，即取消调质，用易切削非调质钢 YF45MnV，分半精车、精车一次装夹车削完成。易切削非调质结构钢 YF45MnV 的机械性能相当于调质状态下的钢材，与其它材质的机械性能比较见表 12。表表 1 机械性能比较表机械性能比较表 牌号 力学性能 调质后的布氏硬度 布氏硬度 抗拉强度/MPa 屈服点/MPa 断后伸长率/MPa 端面收缩率/%冲击吸收功 J 45 600 355 16 40 39 220-250 40Cr 980 785 9 45 47 25