浅谈细长丝杠车削方法的改进论文

浅谈细长丝杠车削方法的改进论文

　　［关键词］细长丝杠螺纹；系统刚性；机械加工；几何精度

　　［摘要］细长丝杠螺纹的大径与其长度之比为1∶30及其以上时，称为细长丝杠。由于其长径比较大，在机械加工过程中，机床、刀具等整个工艺系统极易弯曲和振动，加工后不能获得满意的表面粗糙度和几何精度。因此，文章探讨细长丝杠车削改进的方法，以解决细长丝杠的车削难题。

　　细长丝杠螺纹的大径与其长度之比为1∶30及其以上时，称为细长丝杠。丝杠是机械设备中传递运动的构件，是将旋转运动变为直线运动零件之一，不仅能传递一定的动力，准确地传递运动，而且可作精密的直线分度元件。由于其长径比较大，在机械加工过程中，机床、刀具等整个工艺系统极易弯曲和振动，加工后不能获得满意的表面粗糙度和几何精度，还常常由于翘曲、锥度过大、鼓肚或圆度达不到等原因造成工件报废。此外，由于细长丝杠散热性能差，切削过程中切削热使其产生相当大的线膨胀，也使工作产生变形和弯曲。由此可见，车削细长丝杠不仅生产效率很低，而且质量不易保证。为此提出下列方法，以解决细长丝杠的车削难题。

　　一、提高系统的刚性

　　由于细长丝杠加工过程的工艺系统刚性较差而影响生产效率和质量，因此必须对机床、工件和刀具作改进。这里主要从工件的装夹方面提出一些改进措施，以达到改善细长丝杠加工的切削条件，提高工件的刚性。

　　在卡盘装夹工件加工中使用后顶尖支承，比不用后顶尖而形成悬臂时，工件刚性提高很多。在车削细长丝杠时，使用了中心架，使支承间的距离缩短了一半，可提高工件的刚性。采用跟刀架车削细长丝杠时，缩短切削作用点和支承点之间的距离，工件的刚性得到很大的提高，切削作用点和支承点之间的距离约为5～10mm。

　　二、使用跟刀架

　　在车床上加工细长丝杠时，一来容易产生振动，不利于切削；二来不易保证零件的质量精度。解决这个难题的方法大致有两方面：其一是在切削时改善刀具的切削角度，选合理的切削用量；其二是增设辅具，即装上跟刀架，用以消除振动，以保证零件的质量和精度。车速也可以相应提高，进给量也可以增大，振动小，车出的零件弯曲度小，提高了生产率，同时也提高了零件的加工精度。

　　三、装夹方法的改进

　　在加工细长丝杠时，普遍存在的问题是质量差、效率低。前面已经介绍过提高刚性的方法，但由于切削热的影响，丝杠必然产生热伸长。而此时卡盘和顶尖之间的距离是固定的，则工作轴向就没有伸缩的余地，使丝杠产生弯曲变形。为了减少或消除这种变形，可采用如下方法：

　　1.在卡盘的每只卡爪与工件之间垫入4mm×10mm的钢丝，夹入长度为15～20mm。垫入钢丝后，使工作件与卡爪之间成线接触，从而使工件与卡爪之间可以有稍许相对运动。避免工作件被卡爪卡死，起到方向调节的作用，减少工件的弯曲变形。

　　2.将机床尾座顶尖改为带弹簧的弹性顶尖。弹力大小由顶尖顶紧的程度决定。当工作件受切削热产生膨胀而伸长时，推动顶尖压缩弹簧作轴后移，避免了工件产生弯曲变形，从而保证加工精度。

　　3.采用缩颈法。在丝杠卡盘一头车出一个缩颈部分，缩颈部分的直径d=D/2（D为丝杠的坯料外径）。由于丝杠的缩颈部分直径减小了，其柔性增加，减少和消除由于丝杠本身的弯曲而在卡盘强制夹持下轴心线歪斜的影响，也起到了万向接头一样的作用。

　　四、工作的校直

　　细长丝杠料的弯曲，对加工会产生很大的影响，尤其是在高速回转下，由于离心力的惯性作用，加剧了坯料的弯曲变形，并引起振动，造成加工困难，质量降低。因此，细长丝杠在加工过程中的校直工作也是一项必不可少的内容。校直一般分冷校和热校两种，视工艺要求和坯料情况而定。

　　1.热校。通常在两种情况下采用热校直。一是在热处理后进行（丝杠一般进行调质处理），以消除粗加工和热处理中所产生的弯曲变形。其方法是在工作件热处理后，当工作件冷却到一定程度时，检查工件变形大小，如超过图样技术要求，需进行校直，一般在手压床上进行，校到工艺要求以内。这样校直，工件不易回弹，保证工作精加工之后的质量。

　　另一种热校方法是在半精加工后进行，其方法是将半精加工后的工件校直后，在一定温度的油池内浸泡，使工件校直过程中的应力得到消除，工件内部组织稳定，精加工之后不易再变回去（恢复到校直前的状态），使工件精加工后的精度得以长期保持。此方法一般用于精度要求较高的丝杠。

　　2.冷校。冷校也存在以下两种情况：一是在粗车前丝杠毛坯料的校直，以保证粗车后车圆；一是螺纹粗车后，在半精车或精车螺纹前进行。其作用和热校直相同，保证加工顺利进行和提高丝杠加工后的几何精度。

　　冷校直的方法有两种，通常采取的方法是在手压床上进行，毛坯料校直是在手压床工作台上垫两个等高的V形铁支承工件。半成品校直则用手压床的两顶尖顶住丝杠的中心孔支承。这种方法是用百分表找到丝杠弯曲部分的最高点，用压床的压头直接压最高点（压半成品时中间需垫木板），使工件产生塑性变形，使变曲度控制在工艺要求范围内。这种方法校直的工件，在经过精加工或热处理后，工件有可能会反弹回去，即全部或部分恢复到校直前的状态，造成工件精加工后的精度丧失，影响产品质量。

　　五、切削方式的改变

　　在车削加工中，一般走刀方向都是从尾座向床头方向，俗称正走向走刀。车削细长杠时需改用反向走刀，走刀的抗力方向使工件受拉应力。反向切削使工件受到拉伸作用，能消除振颤，使切削平稳，尤其是在车削丝杠外圆和粗切螺纹工序中，由于切削力大，更需要采用反向切削，尾座需装可伸缩的活顶尖。

　　值得一提的是，在安装刀具时，刀尖应稍高于工件中心线0.1～0.15mm，使切削过程中刀具的切削前角增大，减少切削力，也就减少切削力对工件的压缩。同时，在切削过程中，刀尖还起着托起工件的作用，用以抵消跟刀架支承块对工件的反作用力，相当于跟刀架的第四个支承块。

　　为了减少跟刀架支承块与工件的摩擦而造成支承块严重磨损，减少工件温度升高，同时冷却刀刃，在随时注意调整跟刀架松紧程度的同时，还需在切削过程中进行充分冷却和润滑，使切削顺利进行，保证粗车后螺纹的表面粗糙度。

　　六、合理选择车刀的几何形状

　　车削细长轴时，由于工件刚性差，刀具几何形状对工件产生的振动非常敏感。如果车刀的几何形状选择不当，也不可能得到良好的效果。选择时主要考虑以下几点：

　　1.为了减少切削力，减少细长轴的弯曲，车刀的主编角取75°～93°。

　　2.为了减小切削力，应该选择较大的前角，取15°～30°。

　　3.车刀前面应该磨有R1.5～3的断屑槽，使切屑卷曲折断。

　　4.选择负的刃倾角，取-3°～－10°，使切屑流向待加工表面。另一方面，车刀也容易切入工件，并可减少切削力。

　　5.刀刃粗糙度要高，并要经常保持锋利。

　　6.为了减少径向切削力，刀尖半径应选得较小（R﹤0.3mm），倒棱的宽度也应选得较小。

　　七、采用双刀架对刀切削

　　利用切削力和工件受力变形相抵消的原理，采用双刀架对中，即不需要使用中心架，也不需要使用跟刀架，只需采用适当刀具几何角度的双刀“对刀”切削，不但大大减小了工件弯曲变形，而且还能用大进给量，提高切削速度，同时进行粗车、半精车或精车，缩短加工时间，保证加工质量。

　　在车床床鞍上装上前后两个中拖板刀架，中拖板的丝杠也改成左右旋螺纹传动。采用前后两把车刀径向相对安装，半精车车刀正装，精车刀反装，沿同一轴向方向走刀，左右旋转丝杠带动两个中拖板刀架同时作径向进刀或退刀，使两刀同时切削，达到切削力相抵消的目的。为了使切削力平衡，精车刀需采用0°后角或小负后角，增加精车刀所产生的切削力，使之与半精车（切削余量大）所产生的切削力相平衡。径向切削力相互抵消，清除了细长丝杠切削容易变形的缺陷。同时精车刀的负后角形成的刀面对工件产生摩擦，使之起到一定的压光作用，改进了表面质量，提高了劳动生产效率。

　　细长丝杠由于其长径比较大、散热性能差，车削细长丝杠不仅生产效率很低，而且质量不易保证。所以，为了提高劳动生产效率和工作质量，提出解决车削细长丝杠难题的方法。但必须针对具体情况和不同要求单独或混合采用，才能达到预期的效果。

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