普通车床车削长套类工件的加工结构设计应用

吕泰红 李良刚 宋楠楠

摘要：我国各行各业不断发展，其中机械加工业也逐步完善，推动了我国工业的快速腾飞。除大型企业外，仍有一些小型企业和个人企业存在设备有限、技术落后的现状。如何利用有限的资源，完成生产与创收任务是一个难题。通过辅助工装，在普通的CA6140车床上完成长套类工件的车削，有效发挥了有限设备的利用率及其价值。在普通车床增加辅助工装，改变传统工艺模式，增加刀具受力点的支撑，与原普通车床进行比较分析有所改善，提出的方案对普通车床的扩大使用和充分利用率具有一定的参考价值。

关键词：普通车床；长套类工件；加长刀杆；中心架

中图分类号：TG519文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.11.015

0引言

随着时代的发展，机械加工机床在不断升级，加工工艺也不断改进，以适应不同需求的零件加工。就金属切削车床来讲它所担负的加工工作量占机械制造总工作量的30%～45%，车床的使用在国民经济现代化建设中起着重要的作用。C620、CA6140等普通车床到各种高效数控自动化车床和专门化车床，应用广泛的中、大规模集成电路数控机床、加工中心都在我国工业、生活和軍事国防等各个领域发挥着不可替代的作用。大力发展农业机械化、工业自动化、智能化与机械加工业是密不可分的。目前，我国的机械加工业的发展中部分设备和技术已处在世界某些领域的前沿，但有些地区的机械设备仍在落后的陈旧的状态，发展不均衡，直接影响我国的机械加工业整体水平。

在工件生产过程中经常会遇到加工较长的套筒类工件的情况。在加工外圆时，通常会采取主轴床头箱侧用卡盘撑内孔或夹持外圆，尾座一侧用外梅花顶针；也可以两侧都采用梅花顶针装夹。此两种装夹，可根据工件孔径的大小，选择两侧顶针尺寸，适用于孔径大小应在两侧顶针允许范围内的带孔零件。外圆加工时可以满足精度要求不高的精加工，或精度较高类工件的粗加工。相对而言，外圆车削时较为容易，但在车削内孔时较困难一些。车削内孔时由于孔径尺寸，限制了刀杆的直径，直接影响刀杆的强度，特别是长套筒类工件，更制约了刀杆的强度和刚性。往往在加工时产生振动，出现波纹或条痕，使工件尺寸和表面光洁度达不到要求，严重振动情况下刀具直接蹦刃破损，无法继续进行车削加工。增加辅助工装加长刀杆加工长套筒类工件是解决这一问题的有效措施。如图1所示，尼龙套（图1a）、导向轴（图1b）、加长刀杆（图1c）为辅助工装的零件图。尼龙套的外径可根据车床卡盘的内径而定，导向轴、加长刀杆的长度依工件而定。通过辅助工装可以大大改变工作环境，提高效率。

1加长刀杆的组装及注意事项

以CA6140车床为例，车削内径70 mm、外径90 mm、长400 mm长套（如图2）。加工工序：可选用工件两侧用外梅花顶针装夹的方式分一次或多次粗、精车外圆。两侧顶针不撤，使用手动中心架。中心架的支承块，为避免划伤已加工表面，一般选用聚酰胺（俗称尼龙，简称PA）材质的支承块。聚酰胺具有耐机械强度高、耐磨损、摩擦系数低、吸震性好、自润滑性好等优点。非常适合此类工件的支承。中心架支承块一般安装在离工作端面30～50 mm处为宜，避免工件悬空过长容易产生振动。低速转动机床，对应工件外圆表面加注润滑油调整手动中心架手轮，使聚酰胺支承块与工件表面接触，预紧力不宜过大或过小。过大在长时间切削中温度过高，容易引起工件与中心架“抱死“，内孔表面形成竹节纹等；过小，在刀具切削力的作用下，引起工件振动，无法正常车削，调至合理间隙后，锁紧紧固螺钉，防止引起工件变动影响切削，重新装夹，平两侧端面至图纸尺寸400 mm，然后卸下。

清除卡盘主轴孔的铁屑及杂物，安装聚酰胺支撑套在卡盘主轴孔处，间隙为过盈配合。组装加长刀杆安装到车床刀台上，校准中心高及与床身导轨的平行度，调整横向进给手柄，纵向空行程，检验加长刀杆与尼龙支承套的同轴度和平行度，避免车削过程中导向受阻，出现锥度等，影响加工质量。在工件装夹时，卡盘与工件外圆表面作好保护措施，用05 mm铜皮垫上，避免留下夹痕。工件与卡盘应预留20～25 mm的空隙，以利于铁屑的顺利排出和刀块的拆卸。合理选择刀具材质、角度、切削用量。选择排屑和冷却性能良好的切削液，防止因切削热而使工件变形。断屑槽参数可根据工件材质和塑性度、进给量决定，使断屑的碎屑效果最佳。这样可以避免缠屑，划伤已加工工件表面，也有利于切屑的排出（加长刀杆结构如图3所示）。

图2工件

2刀头装卸过程

连接导向轴和加长刀杆进行对刀粗车，此时锁紧螺栓2-M8要拧紧，确保加长刀杆和导向轴之间无活动间隙以免影响加工质量，在刀杆装刀头的部位，上侧M8螺栓起压紧刀具的作用，后侧M6螺栓的螺帽在万能分度头分四大等份，每一份再五等分，划上长短刻线，每小格约为005 mm。配合中心架可以完成对工件粗车工序。在粗加工时，完成一次走刀后，可以横向走刀快速退出，但前提是要将工件内的铁屑清理干净，转动机床，这都是为防止在退刀的过程中将刀刃弄坏，俗称“打刀”现象。这样退刀很容易刮伤已加工完工件表面，精加工时不采用此方式退刀。在粗加工时，这样退刀可以节约卸刀、对刀的时间，有利于提高工作效率。

精加工或半精加工时，在完成一次车削后，可转动横向手轮，将12 mm×12 mm四方刀头，置于卡盘与工件空隙20～25 mm处，用内六角板手松开刀头的紧固螺栓（M8），由于空间有限，不便拆卸刀头，这时可用软轴强力磁棒吸附在刀头上，将刀头从空隙中带出，快速横向退出，检查刀具磨损程度，判断是否需要重新修磨。如果较严重需要刃磨，在对刀确定切削深度时可适当再减小。因由于上一次刀具的磨损，工件靠近卡盘那一侧内径尺寸较小，为了不在中途退刀，可根据经验减小切削深度1～2 mm，保证一次进刀走刀完成，若刀具仍依旧锋利，可将刀头12 mm×12 mm四方直接放入刀杆装刀处，调节后侧M6内六角螺栓，确保刀头与内六角螺栓两者之间没有间隙，减少因装夹操作不当，引起切削深度产生误差，锁紧M8紧固螺栓，完成一次走刀、卸刀、装刀的全过程。

3结论

常规的车刀刀杆，刀头一侧通常处于悬空状态，当车削时，刀杆受切削力的影响极易产生振动，当运用如图3所示结构加长刀杆，机床卡盘一侧有尼龙套支承，增加了长刀杆的刚性，可以有效降低振动，适用于小批量生产任务。加长刀杆和中心架的配合使用，可以大大提高在普通车床上完成类似长套类工件的生产效率，但仍不能和专门化机床相比。此种结构的设计应用，能激发大家技术革新的积极性，有利于充分发挥落后、陈旧设备的利用率，减少资源闲置，实现其自身价值，对机械加工业，国家的经济发展有着促进意义。

参考文献：

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