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拉紧夹具在细长轴加工过程中的运用
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摘要:本文提出了使用顶件加工细长轴时存在着刚性差.易振动，车削时由于热变形伸长会使工件弯曲，加工时易产生“竹节形”等难题。通过使用拉紧夹具，使细长轴在车削时由两端向中间“顶”的轴向力改变为向两端拉的力，大大提高了细长轴加工刚性，避免了常规用一夹一顶装夹车削产生的各种弊病，再结和合理选用切削用量，解决了细长轴加工难题，提高了加工效率。
关键词：拉紧夹具刚性弯曲刀具车削
前言：常规的细长轴车削方法是使用顶尖配合跟刀架来进行加工的，由于细长轴本身刚性差。尤其是10毫米以下的细长轴,装夹在车床上即使无外力作用下,工件也会因自身的重量出现中间往下弯曲.当车削过程中受车刀外力的车削力和顶尖轴向推力的影响下,工件极容易产生弯曲变形,使工件旋转时出现“跳绳”现象,加工难度增大,甚至无法加工.这样既不能保证加工质量又不能满足提高工效的要求.为此,根据细长轴的加工特点.设计了一套拉紧夹具.解决了车削细长轴的难题.既保证了加工质量,又提高了加工效率,效果显著.
1.细长轴的加工特点:
1.1刚性差
细长的工件由于自重下垂和高速旋转时受离心力的作用,使其弯曲变形,车削时工件一端夹紧另一端,由于顶尖顶力再加上刀具走刀车削时的轴向切削力的作用下,也极容易产生弯曲.工件弯曲越大,车削时振动越大,表面质量和精度也就难以保证.
1.2热变形大
细长轴车削加工时工件热散性差,容易产生切削热.线膨胀大,当工件两端顶紧时易产生弯曲变形.工件变形伸长量可按下
式计算:
△L=αL△t
α-材料线膨胀系数
L-工件总长
△t-工件升高的温度
1.3刀具磨损大
由于细长轴切削用量一般较小，加工时间长，刀具磨损大，易产生圆度及锥度误差，工件不易得到满意的几何精度和表面质量。
1.4加工弊病多
在细长轴加工的整个工艺过程中，要求操作者水平要高，操作要细心，如果加工环节处理不当，就容易产生问题，如径向跳动，弯曲及产生“竹节形”，“波纹”，锥度等加工弊病。因此，在车削细长轴时,对机床的调整.辅具的应用.刀具和切削用量等方面提出了较严格的要求.
2.常用车削方法顶尖作用极其不足
顶尖用来解决细长轴车削悬臂过长工件的支承,如工件端部无支承,由于工件端部刚性差等诸多因素.当车削工件端部时,受外力切削力的作用影响,工件就会产生振动,同时会产生让刀.更严重时会造成工件飞出伤人的事故发生.所以,顶尖是起到一个支承受力.加强工件刚性的作用.
通过中心孔的配合定位,保证工件同心,同轴度作用.但加工细长轴时,由于顶尖作用力是轴向力(机床卡盘方向)受尾座手轮轴向旋力调整不当极容易产生工件弯曲.使用拉紧夹具装夹后,车削细长轴就变得容易多了.
3.拉紧夹具主要元件及其作用
针对空发动机中，载荷段压气机部分和动力段段压气机采用的中心拉杆所设计的拉紧夹具，该拉杆的特点是细而长并且零件的精度要求较高
图1拉紧夹具图示
3.1锥套(件1)
是与产品零件一端的锥面联接.锥套外径有四个径向顶丝,可以调整锥套的径向跳动,达到所要求的值.
3.2心轴(件2)
是起支撑和带动工作旋转作用的.
3.3端面轴承(件3)
是起支撑轴向力的作用的.在细长轴切削过程中,车刀切削有一个向左的轴向力,尾座有一个向右的拉力.
3.4单列向心球轴承(件4)
是使细长轴旋转时产生滚动摩擦保持拉紧夹具转动灵活性和承受车削时的径向切削力,使用两个单列向心球轴承是为了使细长轴在车削时保持平稳.
3.5弹簧(件6)
是起防止工件弯曲变形的作用的.在加工时当工件受切削热而伸长时,装置可以作轴向移动,弹簧可以使工件自动拉紧,防止了工件弯曲.
3.6螺母(件11)
是把拉紧夹具固定在车床尾座套筒上的联接件,保证拉紧夹具在工作过程中不因轴向拉力而脱落。
4.用拉紧夹具车削细长轴工作原理
车削细长轴装夹前先在两端按要求切好倒锥，一端用卡盘爪夹紧，另一端装在拉紧夹具的锥套内，用顶丝将锥套顶紧，防止细长轴车削时，因轴向力影响而脱落。液压驱动尾座套同，拉紧工件。车削时，拉紧夹具代替顶尖，夹持工件旋转，在细长轴车削过程中，工件主要受向左轴向切削力，和尾座上的拉紧夹具向右的拉力，把以往用一夹一顶装夹车削细长轴时两端向中间“顶”工件变为两端“拉”工件，其性质是改变受力方向。日常用的顶尖都是顶向工件，工件受压力易变形弯曲，而拉紧夹具是使工件受拉，将弯曲的工件拉直，增强了刚性，减少了工件振动。其原理就是将尾座拉力和切削轴向力形成两个方向相反的力，起到两力平衡相互抵消作用。使细长轴在拉紧夹具反向拉力的作用下进行切削加工，既安全又可靠，对保证加工质量，提高效率起到关键作用。
5.结论
针对细长轴工件车削过程中，受车刀径向的车削力和顶尖轴
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