Все мы знаем, что тонкие валы трудно обрабатывать. Они имеют низкую жесткость и подвергаются большим напряжениям и термическим деформациям при точении, что затрудняет обеспечение требований к качеству обработки тонких валов.
Сегодня давайте посмотрим, как немецкие мастера точат тонкие валы.
Приняв соответствующие методы зажима и передовые методы обработки, выбрав разумные углы инструмента, количество резания и т. д., можно обеспечить требования к качеству обработки тонких валов.
Наиболее распространенные проблемы тонких валов при обработке
1. Большая термическая деформация.
При точении тонких валов термодиффузия плохая, а линейное расширение велико. Когда два конца заготовки плотно прижаты, ее легко согнуть.
2. Плохая жесткость
При точении заготовка подвергается воздействию силы резания, тонкая заготовка прогибается под действием собственного веса, а центробежная сила при вращении на высокой-скорости может легко привести к ее изгибу и деформации.
3. Качество поверхности обеспечить сложно.
Собственный вес, деформация и вибрация заготовки влияют на ее цилиндричность и шероховатость поверхности.
Как повысить точность обработки тонких валов
1. Выберите подходящий метод зажима.
(1) Метод двойного центрального зажима. Использование двойного центрального зажима позволяет точно позиционировать заготовку и легко обеспечить соосность. Однако жесткость тонкого вала, зажатого этим методом, недостаточна, тонкий вал подвержен большой деформации изгиба и легко вибрирует. Поэтому он подходит только для обработки много-деталей вала с малым удлинением, небольшим припуском на обработку и высокими требованиями к соосности.
(2) Один зажим и один метод зажима нажатием. При этом методе зажима, если центральное нажатие слишком сильное, помимо изгиба тонкого вала, оно также может препятствовать тепловому расширению тонкого вала во время поворота, вызывая аксиальное сжатие и изгиб тонкого вала. Кроме того, зажимная поверхность губок и центральное отверстие могут быть не соосными, что приведет к чрезмерному-позиционированию после зажима, а также может привести к изгибу тонкого вала. Деформация. Поэтому при использовании метода зажима с одним-зажимом-одним-толканием в центре следует использовать упругий приводной центр, чтобы тонкий вал мог свободно растягиваться после нагрева, уменьшая его деформацию изгиба из-за тепла; в то же время между губками и тонким валом можно вставить открытое проволочное кольцо, чтобы уменьшить длину осевого контакта между губками и тонким валом, исключить чрезмерное -позиционирование во время установки и уменьшить деформацию изгиба.
(3) Метод резки двумя-инструментами. Двойная-направляющая токарного станка модифицирована для вращения тонкого вала, и добавлен задний держатель инструмента. Передний и задний токарные инструменты используются для одновременной обработки. Два токарных инструмента расположены радиально противоположно: передний токарный инструмент установлен в правильном положении, а задний токарный инструмент установлен в неправильном положении. Радиальные силы резания, создаваемые двумя токарными инструментами, компенсируют друг друга во время точения. Заготовка подвергается небольшой деформации и вибрации, а точность обработки высокая, что подходит для массового производства.
(4) Используйте держатель инструмента и центральную раму. Тонкий вал поворачивается методом зажима с помощью одного зажима и одной вершины. Чтобы уменьшить влияние радиальной силы резания на изгибную деформацию тонкого вала, традиционно используются держатель инструмента и центральная рама, что эквивалентно добавлению опоры к тонкому валу, увеличению жесткости тонкого вала и эффективному снижению влияния радиальной силы резания на тонкий вал.
(5) Используйте метод обратной резки, чтобы повернуть тонкий вал. Метод обратного резания означает, что во время токарной обработки тонкого вала токарный инструмент начинает подавать от патрона шпинделя к задней бабке. Таким образом, осевая сила резания, возникающая во время обработки, заставляет тонкий вал тянуться, устраняя деформацию изгиба, вызванную осевой силой резания. В то же время использование эластичного наконечника задней бабки позволяет эффективно компенсировать деформацию сжатия и тепловое удлинение заготовки от инструмента к задней бабке, избегая деформации изгиба заготовки.
2. Выберите разумный угол инструмента.
Чтобы уменьшить изгибную деформацию, вызванную поворотом тонкого вала, сила резания, возникающая во время точения, должна быть как можно меньшей. Среди геометрических углов инструмента наибольшее влияние на силу резания оказывают передний угол, угол главного отклонения и угол наклона режущей кромки. Инструмент для точения тонкого вала должен отвечать следующим требованиям: небольшая сила резания, уменьшенная радиальная сила, низкая температура резания, острое лезвие, плавное удаление стружки и длительный срок службы инструмента. Из точения стали известно, что когда передний угол 0 увеличивается на 10 градусов, радиальная сила Fr может быть уменьшена на 30%; при увеличении основного угла отклонения Kr на 10 градусов радиальная сила Fr может быть уменьшена более чем на 10%; когда угол наклона режущей кромки λs принимает отрицательное значение, радиальная сила Fr также уменьшается.
(1) Передний угол (0) напрямую влияет на силу резания, температуру резания и мощность резания. Увеличение переднего угла позволяет уменьшить пластическую деформацию разрезаемого слоя металла и существенно снизить силу резания. Увеличение переднего угла может снизить силу резания. Поэтому при точении тонких валов передний угол инструмента следует увеличивать как можно больше, обеспечивая при этом достаточную прочность токарного инструмента. Передний угол обычно устанавливается на 0=150 градусов. Передняя поверхность токарного инструмента должна быть отшлифована со стружколомой канавкой с шириной канавки B=3.5~4 мм, br1=0.1~0,15 мм и отрицательной фаской 01=-25 градусов для уменьшения радиальной составляющей силы, плавного удаления стружки, хорошей характеристики закручивания стружки и низкой температуры резания. Таким образом, это может уменьшить и предотвратить деформацию изгиба и вибрацию тонкого вала.
(2) Главный передний угол (Kr) Главный передний угол Kr токарного инструмента является основным фактором, влияющим на радиальную силу. Его размер влияет на размер и пропорциональное соотношение трех сил резания. По мере увеличения главного переднего угла радиальная сила резания значительно снижается. Главный передний угол следует увеличить настолько, насколько это возможно, не влияя при этом на прочность инструмента. Главный передний угол Kr=90 градусов (устанавливается на 85–88 градусов при установке инструмента), вторичный передний угол K'r=8 градусов ~100 градусов и радиус дуги s=0.15~0,2 мм способствуют уменьшению радиальной силы.
(3) Угол наклона лезвия (λs). Угол наклона влияет на направление потока стружки, прочность кончика инструмента и пропорциональное соотношение трех сил резания во время точения. По мере увеличения угла наклона лезвия радиальная сила резания значительно уменьшается, но увеличивается осевая сила резания и тангенциальная сила резания. Когда угол наклона лезвия находится в диапазоне -10 градусов ~+10 градусов, пропорциональное соотношение трех режущих сил является относительно разумным. При точении тонких валов часто используется положительный угол наклона лезвия +3 градусов ~ +10 градусов, чтобы стружка могла стекать на обрабатываемую поверхность.
(4) Угол наклона спинки небольшой, составляющий 0=a01=4 градусов ~60 градусов, что обеспечивает защиту от вибрации-.
3. Разумный контроль параметров резки.
Независимо от того, выбраны ли параметры резания разумно или нет, это по-разному влияет на величину силы резания и количество тепла, выделяемого в процессе резки. Поэтому деформация, вызванная поворотом тонких валов, также различна. Принцип выбора параметров резания для чернового и полу-чернового точения тонких валов заключается в максимальном уменьшении радиальной силы резания и нагревания при резании. При точении тонких валов, как правило, когда соотношение сторон и прочность материала велики, выбирается меньший параметр резания, то есть больше проходов и меньшая глубина резания, чтобы уменьшить вибрацию и повысить жесткость.
(1) Глубина обратного резания (ap). Если исходить из того, что жесткость технологической системы определяется, то по мере увеличения глубины резания сила резания и теплота резания, выделяемые во время токарной обработки, соответственно увеличиваются, вызывая увеличение напряжения и тепловой деформации тонкого вала. Поэтому при токарной обработке тонких валов глубину обратного резания следует минимизировать.
(2) Скорость подачи (f). Увеличение скорости подачи приведет к увеличению толщины резания и силы резания. Однако сила резания не увеличивается прямо пропорционально, поэтому коэффициент деформации напряжения тонкого вала уменьшается. С точки зрения повышения эффективности резания увеличение скорости подачи более выгодно, чем увеличение глубины резания.
(3) Скорость резания (v). Увеличение скорости резания полезно для снижения силы резания. Это связано с тем, что с увеличением скорости резания увеличивается температура резания, уменьшается трение между инструментом и заготовкой и уменьшается силовая деформация тонкого вала. Однако если скорость резки слишком высока, тонкий вал легко согнется под действием центробежной силы, что нарушит стабильность процесса резки, поэтому скорость резки следует контролировать в определенном диапазоне. Для заготовок с большим соотношением сторон скорость резания должна быть соответствующим образом уменьшена.
