In the machining process, there are many shaft parts whose length-to-diameter ratio L/d>25. Під дією сили різання, сили тяжіння та сили верхнього затиску горизонтальний тонкий вал легко зігнути або навіть втратити стабільність. Таким чином, проблему напруги тонкого вала необхідно покращити при повороті тонкого вала.
Спосіб обробки: використовується поворот із зворотною подачею та вибирається низка ефективних заходів, таких як розумні геометричні параметри інструменту, величина різання, натяжний пристрій і опора інструменту для втулки.
01
Аналіз факторів деформації згину при точінні тонкого вала
Для точіння тонких валів на токарних верстатах в основному використовуються два традиційних способи затиску: один метод: один затиск і одна верхня установка; Інший метод - два верхні установки. Тут ми в основному аналізуємо метод затискання одного затискача та однієї верхньої частини.
Завдяки фактичному аналізу обробки основні причини деформації вигину тонкого валу, спричиненого поворотом, є:
(1) Сила різання викликає деформацію
У процесі точіння створювана сила різання може бути розкладена на осьову силу різання PX, радіальну силу різання PY і тангенціальну силу різання PZ. Різні сили різання по-різному впливають на деформацію вигину при повороті тонких валів.
1) Вплив радіальної сили різання PY
Радіальна сила різання діє вертикально на горизонтальну площину, що проходить через вісь тонкого валу. Через низьку жорсткість тонкого вала радіальна сила згинає тонкий вал, змушуючи його згинатися та деформуватися в горизонтальній площині. Вплив сили різання на деформацію вигину тонкого валу показано на рис. 1.
2) Вплив осьової сили різання PX
Осьова сила різання діє паралельно осі тонкого вала, утворюючи на заготовці згинальний момент. Для загального точіння осьова сила різання мало впливає на деформацію вигину заготовки, і нею можна знехтувати. Однак через низьку жорсткість тонкого вала його стабільність також низька. Коли осьова сила різання перевищує певне значення, тонкий вал буде зігнутий, що спричинить поздовжню деформацію вигину. як показано на малюнку 2.
(2) Вплив тепла різання
Тепло різання, що утворюється під час обробки, спричинить термічну деформацію та подовження заготовки. Оскільки патрон і верхня частина задньої бабки фіксуються під час процесу точіння, відстань між ними також є фіксованою. Таким чином, осьове подовження подовженого валу після нагрівання обмежується, що призводить до деформації вигину подовженого валу через осьову екструзію.
Таким чином, можна побачити, що проблема підвищення точності обробки тонкого валу, по суті, є проблемою контролю напруги та термічної деформації технологічної системи.
02
Заходи щодо підвищення точності обробки тонкого вала
У процесі обробки тонкого вала, щоб підвищити його точність обробки, слід вжити різних заходів відповідно до різних умов виробництва, щоб покращити точність обробки тонкого вала.
(1) Виберіть відповідний метод затискання
Серед двох традиційних методів затискання, які використовуються для точіння тонких валів на токарному верстаті, використовується затискання з подвійною вершиною, яке може точно позиціонувати заготовку та легко забезпечити співвісність. Але використання цього методу для затискання тонкого валу, його жорсткість погана, деформація вигину тонкого валу велика, і він схильний до вібрації. Таким чином, він підходить лише для встановлення з малим співвідношенням довжини до діаметра, малим припуском на обробку та високими вимогами до співвісності. високі заготовки.
При обробці тонких валів зазвичай використовується метод затиску з одним затиском і одним верхом. Однак у цьому методі затискання, якщо наконечник занадто тугий, окрім згинання тонкого стрижня, він також може перешкоджати подовженню тонкого стрижня під час повороту, спричиняючи осьове стиснення тонкого стрижня та його викривлення. . Крім того, затискна поверхня губок може бути не на одній осі з отвором наконечника, що спричинить надмірне розташування після затиску, а також може спричинити деформацію вигину тонкого стрижня. Тому, коли використовується метод затискання одного затискача та однієї вершини, верхня частина повинна використовувати пружні живі центри. Тонкий вал можна вільно подовжувати після нагрівання, щоб зменшити його деформацію вигину при нагріванні; у той же час відкритий сталевий мандрівник можна вставити між губками та тонким валом, щоб зменшити довжину осьового контакту між губками та тонким валом і усунути. Надмірне розташування під час встановлення зменшує деформацію вигину.
(2) Безпосередньо зменшити силу деформації тонкого валу
1) Використовуйте підставку для п’яти та центральну раму
Тонкий вал обточується методом затиску одним затиском і одним верхом. Для того, щоб зменшити вплив радіальної сили різання на деформацію вигину тонкого валу, використовуються традиційні підставка для інструменту та центральна рама, що еквівалентно додаванню опори до тонкого валу. , що підвищує жорсткість тонкого валу, що може ефективно зменшити вплив радіальної сили різання на тонкий вал.
2) Тонкий вал повертається методом осьового затиску
Використання опори для інструменту та центральної рами може збільшити жорсткість заготовки, але в основному виключити вплив радіальної сили різання на заготовку. Але це все ще не може вирішити проблему того, що осьова сила різання згинає заготовку, особливо для тонкого вала з відносно великим довгим діаметром, ця деформація вигину більш очевидна. Тому тонкий вал можна повертати методом осьового затиску. Осьове затискне точіння означає, що в процесі точіння тонкого валу один кінець тонкого валу затискається патроном, а інший кінець затискається спеціально розробленою затискною головкою. Затискна головка застосовує осьовий натяг до тонкого валу. Як показано на малюнку 4.
Під час процесу точіння тонкий вал завжди піддається осьовому натягу, що вирішує проблему згинання тонкого валу під дією осьової сили різання. При цьому під дією осьового розтягу зменшується ступінь деформації вигину тонкого валу за рахунок радіального зусилля різання; осьове подовження, спричинене нагріванням різання, компенсується, а також покращується жорсткість та обробка тонкого валу. точність.
3) Повертання тонкого валу методом зворотного різання
Метод зворотного різання означає, що під час процесу точіння тонкого валу токарний інструмент подається від шпиндельного патрона до задньої бабки, як показано на малюнку 5.
Таким чином, осьова сила різання, що створюється під час обробки, натягує тонкий вал, усуваючи деформацію вигину, викликану осьовою силою різання. У той же час еластичний наконечник задньої бабки може ефективно компенсувати деформацію стиснення та теплове подовження заготовки від інструменту до задньої бабки та уникнути деформації вигину заготовки.
Середня пластина ковзання токарного верстата модифікована шляхом обертання тонкого вала з подвійними ножами, додано задній тримач інструменту, а передній і задній токарні інструменти використовуються для точіння одночасно, як показано на малюнку 6.
картина
Малюнок 6 Обробка подвійним ножем і аналіз сил
Два токарні інструменти діаметрально протилежні, передній токарний інструмент встановлений вертикально, а задній токарний інструмент встановлений навпаки. Радіальні сили різання, створені двома токарними інструментами під час точіння, компенсують одна одну. Деформація та вібрація заготовки невеликі, а точність обробки висока, що підходить для масового виробництва.
4) Повертання тонкого валу методом магнітного різання
Принцип магнітного методу різання в основному такий же, як і метод зворотного різання. Під час процесу точіння тонкий вал розтягується магнітною силою, що може зменшити деформацію вигину тонкого валу під час обробки та підвищити точність обробки тонкого валу.
(3) Розумно контролюйте кількість різання
Чи розумний вибір величини різання, залежить від величини сили різання та кількості тепла, що виділяється під час різання. Тому деформація, викликана обертанням тонкого вала, також різна.
1) Глибина пропилу (т)
Виходячи з того, що визначена жорсткість технологічної системи, у міру збільшення глибини різання сила різання та тепло різання, що утворюється під час точіння, відповідно збільшуються, викликаючи збільшення напруги та термічної деформації тонкого валу. Тому при обточуванні тонких валів глибина різу повинна бути мінімальною.
2) Кількість корму (f)
Збільшення швидкості подачі збільшить товщину різання та силу різання. Однак сила різання не збільшується пропорційно, тому коефіцієнт силової деформації тонкого валу зменшується. З точки зору підвищення ефективності різання збільшення швидкості подачі є більш вигідним, ніж збільшення глибини різання.
3) Швидкість різання (v)
Збільшення швидкості різання корисно для зменшення сили різання. Це пояснюється тим, що зі збільшенням швидкості різання підвищується температура різання, зменшується тертя між інструментом і деталлю, а також зменшується сила деформації тонкого валу. Однак, якщо швидкість різання занадто висока, тонкий вал легко згинається під дією відцентрової сили, що порушить стабільність процесу різання, тому швидкість різання слід контролювати в певному діапазоні. Для заготовок з відносно великою довжиною та діаметром швидкість різання повинна бути відповідно зменшена.
(4) Виберіть розумний кут інструменту
Щоб зменшити деформацію вигину, спричинену поворотом тонкого валу, потрібно, щоб сила різання, що створюється під час повороту, була якомога меншою. Серед геометричних кутів інструменту найбільший вплив на силу різання мають передній кут, передній кут і кут нахилу кромки.
1) Передній кут ( )
Величина переднього кута ( ) безпосередньо впливає на силу різання, температуру різання та потужність різання. Збільшення переднього кута може знизити ступінь пластичної деформації шару металу, що зрізається, і силу різання можна значно зменшити. Збільшення переднього кута може зменшити силу різання, тому під час точіння тонкого вала, щоб переконатися, що токарний інструмент має достатню міцність, спробуйте збільшити передній кут інструмента, і передній кут зазвичай становить {{0} } ступінь -17 ступінь .
2) Передній кут (kr)
Величина головного кута відхилення (kr) впливає на розмір і пропорційне співвідношення трьох компонентів сили різання. Зі збільшенням кута входу радіальна сила різання явно зменшується, але тангенціальна сила різання збільшується на 60 градусів -90 градусів. У діапазоні 60 градусів -75 градусів пропорційне співвідношення трьох компонентів сили різання є більш розумним. Під час повороту тонких валів зазвичай використовується передній кут більше 60 градусів.
3) Нахил леза (λs)
Кут нахилу леза (λs) впливає на напрямок потоку стружки, міцність кінчика інструменту та пропорційне співвідношення трьох різальних компонентів під час процесу точіння. Зі збільшенням кута нахилу радіальна сила різання явно зменшується, але осьова сила різання та тангенціальна сила різання збільшуються. Коли кут нахилу леза знаходиться в діапазоні {{0}} градусів - плюс 10 градусів, пропорційне співвідношення трьох компонентів сили різання є розумним. Під час обертання тонкого вала часто використовується позитивний кут нахилу краю 0 градусів – плюс 10 градусів, щоб стружка стікала на поверхню, що обробляється.
03
на закінчення
Через низьку жорсткість тонкого валу сила та термічна деформація, що виникають під час точіння, є відносно великими, і важко гарантувати вимоги до якості обробки тонкого валу. Застосовуючи відповідні методи затискання та передові методи обробки, вибираючи розумні кути інструменту та параметри різання тощо, можна гарантувати вимоги до якості обробки тонкого валу.
