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淺談細(xì)長絲杠車削方法的改進(jìn)論文
［關(guān)鍵詞］細(xì)長絲杠螺紋；系統(tǒng)剛性；機(jī)械加工；幾何精度
�。壅�細(xì)長絲杠螺紋的大徑與其長度之比為1∶30及其以上時(shí)，稱為細(xì)長絲杠。由于其長徑比較大，在機(jī)械加工過程中，機(jī)床、刀具等整個(gè)工藝系統(tǒng)極易彎曲和振動(dòng)，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(xì)長絲杠車削改進(jìn)的方法，以解決細(xì)長絲杠的車削難題。
細(xì)長絲杠螺紋的大徑與其長度之比為1∶30及其以上時(shí)，稱為細(xì)長絲杠。絲杠是機(jī)械設(shè)備中傳遞運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本�運(yùn)動(dòng)零件之一，不僅能傳遞一定的動(dòng)力，準(zhǔn)確地傳遞運(yùn)動(dòng)，而且可作精密的直線分度元件。由于其長徑比較大，在機(jī)械加工過程中，機(jī)床、刀具等整個(gè)工藝系統(tǒng)極易彎曲和振動(dòng)，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(dá)不到等原因造成工件報(bào)廢。此外，由于細(xì)長絲杠散熱性能差，切削過程中切削熱使其產(chǎn)生相當(dāng)大的線膨脹，也使工作產(chǎn)生變形和彎曲。由此可見，車削細(xì)長絲杠不僅生產(chǎn)效率很低，而且質(zhì)量不易保證。為此提出下列方法，以解決細(xì)長絲杠的車削難題。
一、提高系統(tǒng)的剛性
由于細(xì)長絲杠加工過程的工藝系統(tǒng)剛性較差而影響生產(chǎn)效率和質(zhì)量，因此必須對(duì)機(jī)床、工件和刀具作改進(jìn)。這里主要從工件的裝夾方面提出一些改進(jìn)措施，以達(dá)到改善細(xì)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(shí)，工件剛性提高很多。在車削細(xì)長絲杠時(shí)，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(xì)長絲杠時(shí)，縮短切削作用點(diǎn)和支承點(diǎn)之間的距離，工件的剛性得到很大的提高，切削作用點(diǎn)和支承點(diǎn)之間的距離約為5～10mm。
二、使用跟刀架
在車床上加工細(xì)長絲杠時(shí)，一來容易產(chǎn)生振動(dòng)，不利于切削；二來不易保證零件的質(zhì)量精度。解決這個(gè)難題的方法大致有兩方面：其一是在切削時(shí)改善刀具的切削角度，選合理的切削用量；其二是增設(shè)輔具，即裝上跟刀架，用以消除振動(dòng)，以保證零件的質(zhì)量和精度。車速也可以相應(yīng)提高，進(jìn)給量也可以增大，振動(dòng)小，車出的零件彎曲度小，提高了生產(chǎn)率，同時(shí)也提高了零件的加工精度。
三、裝夾方法的改進(jìn)
在加工細(xì)長絲杠時(shí)，普遍存在的問題是質(zhì)量差、效率低。前面已經(jīng)介紹過提高剛性的方法，但由于切削熱的影響，絲杠必然產(chǎn)生熱伸長。而此時(shí)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(chǎn)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4mm×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(duì)運(yùn)動(dòng)。避免工作件被卡爪卡死，起到方向調(diào)節(jié)的作用，減少工件的彎曲變形。
2.將機(jī)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(dāng)工作件受切削熱產(chǎn)生膨脹而伸長時(shí)，推動(dòng)頂尖壓縮彈簧作軸后移，避免了工件產(chǎn)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(gè)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(qiáng)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(xì)長絲杠料的彎曲，對(duì)加工會(huì)產(chǎn)生很大的影響，尤其是在高速回轉(zhuǎn)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(dòng)，造成加工困難，質(zhì)量降低。因此，細(xì)長絲杠在加工過程中的校直工作也是一項(xiàng)必不可少的內(nèi)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(jìn)行（絲杠一般進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理），以消除粗加工和熱處理中所產(chǎn)生的彎曲變形。其方法是在工作件熱處理后，當(dāng)工作件冷卻到一定程度時(shí)，檢查工件變形大小，如超過圖樣技術(shù)要求，需進(jìn)行校直，一般在手壓床上進(jìn)行，校到工藝要求以內(nèi)。這樣校直，工件不易回彈，保證工作精加工之后的質(zhì)量。
另一種熱校方法是在半精加工后進(jìn)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(nèi)浸泡，使工件校直過程中的應(yīng)力得到消除，工件內(nèi)部組織穩(wěn)定，精加工之后不易再變回去（恢復(fù)到校直前的狀態(tài)），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(jìn)行。其作用和熱校直相同，保證加工順利進(jìn)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(jìn)行，毛坯料校直是在手壓床工作臺(tái)上墊兩個(gè)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(diǎn)，用壓床的壓頭直接壓最高點(diǎn)（壓半成品時(shí)中間需墊木板），使工件產(chǎn)生塑性變形，使變曲度控制在工藝要求范圍內(nèi)。這種方法校直的工件，在經(jīng)過精加工或熱處理后，工件有可能會(huì)反彈回去，即全部或部分恢復(fù)到校直前的狀態(tài)，造成工件精加工后的精度喪失，影響產(chǎn)品質(zhì)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(xì)長杠時(shí)需改用反向走刀，走刀的抗力方向使工件受拉應(yīng)力。反向切削使工件受到拉伸作用，能消除振顫，使切削平穩(wěn)，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(shí)，刀尖應(yīng)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(duì)工件的壓縮。同時(shí)，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(duì)工件的反作用力，相當(dāng)于跟刀架的第四個(gè)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(yán)重磨損，減少工件溫度升高，同時(shí)冷卻刀刃，在隨時(shí)注意調(diào)整跟刀架松緊程度的同時(shí)，還需在切削過程中進(jìn)行充分冷卻和潤滑，使切削順利進(jìn)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(xì)長軸時(shí)，由于工件剛性差，刀具幾何形狀對(duì)工件產(chǎn)生的振動(dòng)非常敏感。如果車刀的幾何形狀選擇不當(dāng)，也不可能得到良好的效果。選擇時(shí)主要考慮以下幾點(diǎn)：
1.為了減少切削力，減少細(xì)長軸的彎曲，車刀的主編角取75°～93°。
2.為了減小切削力，應(yīng)該選擇較大的前角，取15°～30°。
3.車刀前面應(yīng)該磨有R1.5～3的斷屑槽，使切屑卷曲折斷。
4.選擇負(fù)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(jīng)常保持鋒利。
6.為了減少徑向切削力，刀尖半徑應(yīng)選得較小（R﹤0.3mm），倒棱的寬度也應(yīng)選得較小。
七、采用雙刀架對(duì)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(duì)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(dāng)?shù)毒邘缀谓嵌鹊碾p刀“對(duì)刀”切削，不但大大減小了工件彎曲變形，而且還能用大進(jìn)給量，提高切削速度，同時(shí)進(jìn)行粗車、半精車或精車，縮短加工時(shí)間，保證加工質(zhì)量。
在車床床鞍上裝上前后兩個(gè)中拖板刀架，中拖板的絲杠也改成左右旋螺紋傳動(dòng)。采用前后兩把車刀徑向相對(duì)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(zhuǎn)絲杠帶動(dòng)兩個(gè)中拖板刀架同時(shí)作徑向進(jìn)刀或退刀，使兩刀同時(shí)切削，達(dá)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(fù)后角，增加精車刀所產(chǎn)生的切削力，使之與半精車（切削余量大）所產(chǎn)生的切削力相平衡。徑向切削力相互抵消，清除了細(xì)長絲杠切削容易變形的缺陷。同時(shí)精車刀的負(fù)后角形成的刀面對(duì)工件產(chǎn)生摩擦，使之起到一定的壓光作用，改進(jìn)了表面質(zhì)量，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率。
細(xì)長絲杠由于其長徑比較大、散熱性能差，車削細(xì)長絲杠不僅生產(chǎn)效率很低，而且質(zhì)量不易保證。所以，為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率和工作質(zhì)量，提出解決車削細(xì)長絲杠難題的方法。但必須針對(duì)具體情況和不同要求單獨(dú)或混合采用，才能達(dá)到預(yù)期的效果。
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