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论述普通车床的对称式双刀车削孙庆文

发表时间：2020/5/21 来源：《基层建设》2020年第3期作者：孙庆文

[导读] 摘要：普通车床的对称双刀车削加工是一项加工难题，车削时产生的受力、受热变形较大，很难保证异形零件的加工质量要求。

        中车齐齐哈尔车辆有限公司黑龙江齐齐哈尔 161002
        摘要：普通车床的对称双刀车削加工是一项加工难题，车削时产生的受力、受热变形较大，很难保证异形零件的加工质量要求。即使采用合理的切削用量及精心设计的跟刀架、中心架，在普通车床上依然难以车削出高质量的细长轴，要实现高效率高质量的车削加工，就必须突破传统机械加工的观念，在确保产品质量的前提下，改革原有加工方式，例如采用一刀多刃的加工方式，如双刃镗孔、多刃车削加工。
        关键词：单刀车削；存在问题；对称式双刀车削；提升建议
        1 工件的装夹
        1.1 跟刀架的选用
        跟刀架一般固定在床鞍上跟随车刀移动，承受作用在工件上的切削力。细长轴刚性差，车削比较困难，如采用跟刀架来支撑，可以增加刚性，防止工件弯曲变形，从而保证细长轴的车削质量。从跟刀架用以承受工件上的切削力F的角度来看，只需两支支撑爪就可以了。切削力F可以分解F1与F2两个分力，它们分别使工件贴紧在支撑爪上。但是工件除了受F力之外，还受重力Q的作用，会使工件产生弯曲变形。因此车削时，若用两爪跟刀架支撑工件，则工件往往会受重力作用而瞬时离开支撑爪，瞬时接触支撑爪，而产生振动；若选用三爪跟刀架支撑工件，工件支撑在支撑爪和刀尖之间，便上下、左右均不能移动，这样车削就稳定，不易产生振动。所以选用三爪跟刀架支撑车削细长轴是一项很重要的工艺措施。
        1.2 使用中心架支撑车削细长轴
        使用中心架支撑车削细长轴，关键是使中心架与工件接触的三个支撑爪所决定圆的圆心与车床的回转中心重合。车削时，一般是用两顶尖装夹或一夹一顶方式安装工件，中心架安装在工件的中间部位并固定在床身上。
        2 单刀车削中存在的问题
        （1）工件让刀，容易产生鼓形。加工时刀具对工件的径向力使工件产生弹性让刀，尤其当工件外伸长度大时，弹性让刀更加明显。细长工件加工时往往使用顶尖支撑另外一端来解决弹性让刀的问题，其结果是工件呈中间大两端小的鼓形。
        （2）易产生车削振动。车削加工时，为提高生产效率，往往采用加大切深和进给量的方法。由于加工所用的力较大，工件受单向径向车削力的影响，易产生车削振动，从而造成产品的表面质量下降。
        （3）受上述两个因素的影响，加工工件时往往要多刀去除材料才能达到要求，车削能耗大，生产效率低。
        3 对称式双刀车削的构想
        在原有基础上增设一个刀架，安装在原来刀架的对面，调整两把刀的切削深度，双刀同时加工工件，（如下图1所示）。
        3.1 消除鼓形
        由于两刀的轴向距离AX较小，可近似认为F和F2共线，F抵消部分F2后，余力将远小于单刀加工产生的径向力，减小了工件的让刀量，可消除外圆鼓形，（如下图2所示）。粗车时进给量为0.2~0.3mm/r；精车时进给量为0.08~0.15mm/r，可取AX=0.15~0.20mm/r。
        3.2 提高材料去除率和生产效率
        为了保证加工精度，加工全过程以精加工的速度进行，设精车刀的背吃刀量为δ1，粗车刀的背吃刀量为δ2，则一次加工过程中，去除材料的量为2（δ1+δ2），材料去除率大大提高，明显节约了能源，提高了生产效率。在双车刀系统中，也可将粗加工和精加工两个过程并在一起完成。
        3.3 减少振动
        车削时工件承受径向力，容易引起车削振动。双车刀系统对工件加载的是双向近似对称作用力，减小了工件的单向受力，能减轻切削振动。因此，可显著提高工件表面质量。
        4 对称式双刀车削联动进刀机构
        （如下图3所示），将原有车床中的单螺纹螺杆改为双螺纹螺杆，在溜板导轨的另一端增加一个联动刀架。两个刀架通过中间的双螺纹螺杆带动，实现同时进刀与退刀。当转动手轮时车刀架1向右运动，实现进刀；同时，由于螺纹的旋向相反，车刀架2向左运动，也能实现进刀，反之亦然。这样，两把刀能实现同进退，因此可实现双刀同时切削，必要时卸掉一把刀也可实现单刀切削。

        图1 双向加工示意图图2 双向力示意图      图3 双车刀结构示意图
        双刀加工势必在单位时间内产生更多的切削热，可采用双喷头供冷却液来散热。双刀切削时，两刀在轴向会错开一个AX的距离，加工后产生一个比较小的阶梯，但阶梯并不宽，只有0.15~0.20mm，通过预留退刀槽或单刀精车便可解决问题。
        5 车削加工工艺的提升建议
        5.1 提高零件图纸的精确度
        图纸是车削工件加工的重要组成部分，图纸的精确度直接影响加工的精准度，因此，在对零件的图纸进行设计时，要严密的思维逻辑和高度集中的注意力，同时要将数据精准化，主要方法有以下3种。第一是使用标注，在图纸设计时，需要标准的尺寸，并将标准程度展现出来，使用标注，在需要重点表示的地方进行特别说明，能够提升图纸整体的精确度，保证编程的准确性第一步，就是精准的尺寸测量与计算。第二是零件加工的轮廓图，保证轮廓图科学与合理的公差，能够很大程度上减小工作难度，提高效率。第三是对质控点的监测，需要参与者在实际操作的过程中把握好各个程序的定位，多注意监测，发生误差及时改正。
        5.2 合理选择切削用量
        对于高效率的金属切削加工来说，被加工材料、切削工具、切削条件是三大要素，这些决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济有效的加工方式必然是合理地选择了切削条件。切削条件的三要素，即切削速度、进给量和切深直接引起刀具的损伤。伴随着切削速度的提高，刀尖温度会上升，会产生机械的、化学的、热的磨损。切削速度提高20%，刀具寿命会减少1/2。进给条件与刀具后面磨损关系在极小的范围内产生。但进给量大，切削温度上升，后面磨损大。它比切削速度对刀具的影响小。切深对刀具的影响虽然没有切削速度和进给量大，但在微小切深切削时，被切削材料产生硬化层，同样会影响刀具的寿命。要根据被加工的材料、硬度、切削状态、材料种类、进给量、切深等选择使用的切削速度。最适合的加工条件的选定是在这些因素的基础上选定的。然而在实际作业中，刀具寿命的选择与刀具磨损、被加工尺寸变化、表面质量、切削噪声、加工热量等有关。在确定加工条件时，需要根据实际情况进行研究。对于不锈钢和耐热合金等难加工材料来说，可以采用冷却剂或选用刚性好的刀刃。
        5.3 缩小误差
        加工工件在具体的操作步骤中，会因为自身的弹性而产生问题，具体表现为走刀误差，对这种误差的填补，需要具体问题具体思考。既然工件自身弹性的问题是不可避免的，那我们只能从缩小影响方面入手。实践中的主要方式也是缩小范围，通过精算的方式，将弹性问题所产生的刀差进行填补，以实现工件精加工。
        6 结语
        综上所述，在普通车削加工中存在的普遍问题，即为提高生产效率、降低能源消耗而采用加大切深以及进给量时将引起表面切削振动和鼓形缺陷的问题，提出了双车刀切削加工的构想，给出了相应的实现方案，同时，为使双车刀车削系统中加工余量协调，设计了精车刀微调装置，提高了表面精车削的加工精度。
        参考文献：
        [1]乔亮.用于异形盘形零件端面车削加工的夹具设计.现代制造技术与装备，2018，0（2）；22-23