外圆车削过程中的零件变形分析.docx

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外圆车削过程中的零件变形分析

外圆车削过程中的零件变形分析

1绪论

随着各住宅小区的宿舍楼等一座座高楼拔地而起，相应的生活用水量也大幅度增加。

人们对提高供水质量的要求越来越高，另外人们的节能意识及对运行的可靠性的要求越来越强。

采用变频器及PLC技术实现的无塔恒压供水系统，不仅能提高供水质量，而且在节约能源和运行可靠性具有较好的改善。

其中，采用变频调速的主要目的是通过调速来恒定用水管道的压力以达到节能的目的，恒压供水则是为了满足用户对流量的要求。

变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔供水系统，广泛应用于多层住宅小区生活消防供水系统。

然而，由于新系统多会继续使用原有系统的部分旧设备（如水泵），在对原有供水系统进行变频改造的实践中，往往会出现一些在理论上意想不到的问题。

本文介绍的变频控制恒压供水系统，是在对一个典型的水塔供水系统的技术改造实践中，根据尽量保留原有设备的原则设计的，该系统很好的解决了旧设备需要频繁检修的问题，既体现了变频控制恒压供水的技术优势，同时有效的节省了资金。

应用PLC技术是为了实现系统的软启动，减少手动操作或抚慰操作，同时替代部分继电器减少机械触点的故障，增强可靠性。

1.1本课题设计的背景和内容

至今数控技术的发展是通过国家的技术支持，成功引进数控技术，国家不但引进数控技术，而且还组织相关科研人员进行技术攻关，至此，我国的数控技术和数控相关行业取得相当大的成绩，对后续的发展提供了扎实的基础，近十年，我国的数控机床的产量和需求量走向世界的前列，目前可以说无论在一些大型企业或者私人小工厂，都可以看见数控机床的身影，从事这方面的技术人员也越来越多，国家对于数控相关的职业教育也更重视。

随着越来越多的大大小小工厂采用数控机床来加工制造产品，因此可以说对加工的工件的尺寸精度的要求越来越高，随之显露的问题也越来越多，这是一个最为基本亦最为重要的问题。

车削加工的范围很广，包括模具制造、汽车制造、机械制造，可以说车削加工与我们的生活息息相关，紧密联系。

其实际操作基本的内容很多，但我个人认为最为基本的还是车削外圆，外圆加工精度关乎于一个轴类零件是否变形报废、加工精度是否达标等情况，可以说在车削外圆时零件变形是一个车床操作者的基本功体现之处又是一个能不能帮工厂做出贡献保持零件的精度稳定生产，把外圆车削成合格品是一门值得研究的一门学科，是车工、技术人员和科技人员在长期车削实践中不断总结、长期积累、逐步升华的专业理论知识和实操经验！

车削外圆在机械车削加工应用中是不可缺失的重要组成环节，对于提高企业经济效益具有重要作用。

综上所述，车削外圆零件过程中零件是否变形，在车削加工中的应用的研究是很有现实意义的，它不仅体现了车削加工的优势和便利，而且有利于降低生产成本。

2车削外圆的基本原理

2.1车削外圆的论述

所谓车削，就是利用工件的所谓车削，就是在车床上利用工件的旋转运动和刀具的的直线运动（或曲线运动）来改变毛坯棒料的形状和尺寸，使毛坯材料加工成符合图样要求的工件。

可以理所当然地说车削是机械制造业中最基本最常用的加工方法。

车削外圆工件,一般分粗车和精车。

粗车的目的是切除加工表面的加工余量。

粗车时，对加工表面没有严格的要求，只需要留有一定的半精车余量（1~2mm）和精车余量（0.1-0.5mm）即可。

因此,粗车时主要考虑的是提高生产率和保证车刀一定的寿命。

在车床动力许可的条件下,粗车时采用的切削深度（通常是题词走刀切除应留余量之外所剩余的所有余量）和大的进给量,而切削速度不是很高。

由于粗车时切削力很大,所以工件装夹必须牢固可靠。

粗车的另一个作用是可以及时发现毛坯材料内部的缺陷,如渣、砂眼裂纹等，也能消除毛坯工件内部的残余应力和防止热变形等。

精车是指车削的末道加工，加工余量较小，主要考虑的是保证加工精度和加工表面质量。

精车时切削力较小，车刀磨损不突出，一般将车刀磨得较锋利，选择较高的切削速度，而进给两选得小些，以减小加工表面粗糙度Ra值。

粗车外圆时应使用粗车刀，要求有足够的强度，能一次进给车去较多的余量；前角和后角小些，增加强度，但过小会增加切削力；主偏角不宜过小，否则会振动，采用75度最好；刃倾角取0-3度，主切削刃上磨倒棱br1=（0.5-0.8）ƒ。

；刀尖处磨直线型过渡刃，偏角=1/2κr，长度=0.5-2mm；应磨有断屑槽，断屑槽的尺寸主要取决于背吃刀量和进给量。

精车外圆时应使用精车刀，要求必须刀刃锋利，切削刃平直光洁，必要时可磨修光刃，切屑排向工件的待加工表面；前角和后角大些，使其锋利，减少摩擦；副偏角较小，可磨修光刃，长度=（1.2-1.5）ƒ。

；刃倾角取正值，一般=3-8度；刀刃应磨有断屑槽。

切削三要素通常指的是切削速度、进给量和背吃刀量（切削深度）。

这三要素在外圆车削时起了重要的作用。

切削速度是与工艺系统的切削热成正比的，切削速度高了工件就会受到切削热的影响产生热变形，如果工件局部受热，会产生形状误差，如果工件整体受热，工件会产生尺寸误差。

刀具受到切削热的影响，刀具硬度会下降，从而失去切削能力。

机床受到切削热的影响，机床会出现热变形，几何精度会下降，从而导致加工精度下降。

切削速度低了工件表面质量会下降，在中低速的加工时工件表面会产生积屑瘤和鳞刺，当然加工效率也会下降。

一般精加工时提倡高速切削。

进给量的提高，加工效率也提高了。

但工件表面留下的残留面积也增大了，影响了表面粗糙度值。

一般粗加工时进给量可提高些，精加工时要减少进给量。

背吃刀量的提高，加工效率也提高了。

但切削力也增加了。

工件受到切削力的影响会产生变形，特别是加工细长轴时，切削力的影响变形尤为明显。

常见外圆车削车刀：

90°外圆车刀俗称偏刀，其主偏角кr=90°。

按车削时进给方向不同分成右偏刀和左偏刀两种。

右偏刀的主削刃在刀体左侧，一般用来车削工件的外圆、端面和右向台阶。

左偏刀的主削刃在刀体右侧，一般用来车削工件的外圆和左向台阶，也适用于车削直径较大而长度较短的工件的端面。

75°外圆车刀的刀尖角εr＞90°，刀头强度高，较耐用，因此适用于粗车轴类工件的外圆和强力切削铸件、锻件等余量较大的工件。

图1外圆车削

2.2车削外圆的基本操作

首先做好车削前的准备工作要做好，包括加工设备的检查和车刀的选择，前期准备，首先根据图纸检查工件的加工余量，确定纵向切削进给的次数；检查毛坯的尺寸是否符合图纸要求，并划线确定车削的长度；启动车床，使卡盘带动工件旋转，左手摇动大滑板手轮，右手摇动中滑板手柄，使刀尖接近工件外圆表面并以此作为切削深度的起点位置俗称对刀。

对完刀后，反向摇动大滑板手轮，中滑板手柄位置不动，使车刀向右离开工件（称之为退刀）；试车试量，摇动中滑板手轮使车刀做横向进给运动，即切削深度，车刀然后做纵向进给运动2mm左右时，纵向退刀，停车进行测量，如果测得的尺寸符合要求，可继续车削，反之尺寸如果大，可加大切削深度，若尺寸偏小，则应减小切削深度。

试车试量后工件的切削深度调整合适，可选择自动进给或手动纵向进给。

当车到一定位置时，退出车刀，停车进行测量，直到被加工的外圆柱表面达到尺寸要求为止；倒角自检外圆各部尺寸。

必须要熟悉刻度盘的读数原理，因为在机床上车削工件时，为了使操作更准确和快捷，必须掌握刻度盘的使用方法，即切削深度的控制方法。

通常情况下，我们依据中滑板或小滑板上的刻度盘来作为进刀的参数。

机床上中滑板的刻度盘安装在横向进给丝杠的一端，当用手摇动手柄横向进给丝杠旋转一周时，刻度盘也随之转动一周，这时固定在中滑板上的螺母就带动中滑板和刀架以及车刀一起移动一个螺距。

机床小滑板刻度原理与中滑板的刻度盘相同。

其主要是用来保证工件长度方向的切除量。

摇动中滑板手柄时，由于中滑板丝杆与螺母之间的配合有间隙存在，滑板与螺母之间会产生间隙，即空行程（也就是丝杆带动刻度盘已转动，而刀架并未跟着移动）。

所以使用刻度盘上的尺寸车削工件时，要反向转动适当角度，先消除丝杠与螺母的配合间隙，然后再慢慢转动刻度盘手柄到所需的格数。

在横向进给尺寸时，如果中滑板刻度盘不小心多转过了几格，不能只简单地退回多进的格数，而是必须向相反方向退1/2圈以上消除全部空行程后，再进到所需要的刻度位置。

由于加工的工件是旋转的，用中滑板刻度盘横向进刀所指的切削深度（也就是车刀切入工件的深度），其直径上被切除的金属层是切削深度的两倍（如图2所示）。

图2小滑板进

因此，当被加工工件外圆还留一定的加工余量时，中滑板的切削深度不能超过所剩加工余量的1/2。

例如被加工工件直径尺寸留1mm的精车余量，我们为了去除这1mm的余量，利用中滑板横向进刀所进的最大切削深度为0.5mm。

3车削外圆零件过程中变形分析

3.1弯曲变形分析

由于加工零件弯曲变形的影响,在车削细长轴类零件时,车削厚度随车削位置发生变化,造成最终的成型零件呈现两头小中间鼓起的木桶状,影响零件的精度。

偏差大小与毛坯零件的弯曲刚度有关,产生弯曲的切削力与切削参数有关,本文从切削参数入手,从理论上预测了车削力和车削轴类零件的加工精度,并与置氢钛合金零件的车削数据比较,两者具有较好的一致性。

窗体底端

3.2车削加工分析

车削加工就是在车床上，利用工件的旋转运动和刀具的直线运动或曲线运动来改变毛坯的形状和尺寸，把它加工成符合图纸的要求。

车削加工是在车床上利用工件相对于刀具旋转对工件进行切削加工的方法。

车削加工的切削能主要由工件而不是刀具提供。

车削是最基本、最常见的切削加工方法，在生产中占有十分重要的地位。

车削适于加工回转表面，大部分具有回转表面的工件都可以用车削方法加工，如内外圆柱面、内外圆锥面、端面、沟槽、螺纹和回转成形面等，所用刀具主要是车刀。

在各类金属切削机床中，车床是应用最广泛的一类，约占机床总数的50%。

车床既可用车刀对工件进行车削加工，又可用钻头、铰刀、丝锥和滚花刀进行钻孔、铰孔、攻螺纹和滚花等操作。

按工艺特点、布局形式和结构特性等的不同，车床可以分为卧式车床、落地车床、立式车床、转塔车床以及仿形车床等，其中大部分为卧式车床。

3.3加工精度分析

加工精度主要用于生产产品程度，加工精度与加工误差都是评价加工表面几何参数的术语。

加工精度用公差等级衡量，等级值越小，其精度越高；加工误差用数值表示，数值越大，其误差越大。

加工精度高，就是加工误差小，反之亦然。

公差等级从IT01，IT0，IT1，IT2，IT3至IT18一共有20个，其中IT01表示的话该零件加工精度最高的，IT18表示的话该零件加工精度是最低的，一般上IT7、IT8是加工精度中等级别。

任何加工方法所得到的实际参数都不会绝对准确，从零件的功能看，只要加工误差在零件图要求的公差范围内，就认为保证了加工精度。

机器的质量取决于零件的加工质量和机器的装配质量，零件加工质量包含零件加工精度和表面质量两大部分。

机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数相符合的程度。

它们之间的差异称为加工误差。

加工误差的大小反映了加工精度的高低。

误差越大加工精度越低，误差越小加工精度越高。

3.4零件工艺性分析

（1）零件图分析

零件图分析是制定数控车削工艺的首要工作，主要包括以下内容。

①尺寸标注方法分析。

根据零件图上尺寸标注的方法选择编程方式，并尽量使选择的方式既有利于编程,又有利于设计基准、工艺基准、测量基准和编程原点的统一。

②轮廓几何要素分析。

在手工编程时，要计算每个节点坐标；在自己编程时，要对构成零件轮廓的所有几何元素进行定义。

因此在分析零件图时，要分析几何要素的给定条件是否充分，并合理选择编程顺序。

③精度及技术要求分析。

对被加工零件的精度及技术要求进行分析，是零件工艺性分析的重要内容，主要包括分析精度及各项技术要求是否齐全、是否合理以及是否能够在现有数控设备上完成加工，若不能完成，需采取其他措施（如磨削）弥补时，则应给后续工序留有余量；

对表面粗糙度要求较高的表面，应确定用恒线速切削。

（2）零件安装方式的选择

在数控车床上零件的安装方式与普通车床一样，要合理选择定位基准和夹紧方案，主要注意以下两点。

①力求设计、工艺与编程计算的基准统一，这样有利于提高编程时数值计算的简便性和精确性。

②尽量减少装夹次数，尽可能在一次装夹后，加工出全部待加工面。

3.5轴类零件加工分析

1.确定主要表面加工方法和加工方案。

传动轴大多是回转表面，主要是采用车削和外圆磨削。

由于该轴主要表面M,N,P,Q的公差等级较高（IT6），表面粗糙度值较小（Ra0.8μm），终极加工应采用磨削。

2．划分加工阶段

该轴加工划分为三个加工阶段，即粗车（粗车外圆、钻中心孔），半精车（半精车各处外圆、台肩和修研中心孔等），粗精磨各处外圆。

各加工阶段大致以热处理为界。

　　3．选择定位基准

轴类零件的定位基面，最常用的是两中心孔。

由于轴类零件各外圆表面、螺纹表面的同轴度及端面对轴线的垂直度是相互位置精度的主要项目，而这些表面的设计基准一般都是轴的中心线，采用两中心孔定位就能符合基准重合原则。

而且由于多数工序都采用中心孔作为定位基面，能最大限度地加工出多个外圆和端面，这也符合基准同一原则。

4可逆向切削的运动分析

4.1可逆向切削

车削加工中，工件作旋转主运动，刀具作直线进给运动，利用对称形状的车刀，在工件旋转方向为恒定的条件下，通过改变进给方向可以实现逆向车削，车削外圆柱表面属于轨迹发形成发生线，工件逆向旋转（顺时针）是可能的，但此时车削加工运动学特性已失效，故拾取实用意义，车削外圆、内孔时，刀具作纵向进给运动，可逆切削是可行的，而车端面时，若此时工件端面有孔存在，以孔回转中心为界，存在逆向切削的可能，越过孔回转中心进刀，同样车削加工运动学特性变坏，无意义，若为切断、切槽，则无逆向切削的可能。

4.2可逆向刨削

刨削加工可以在牛头刨床和龙门刨床上进行，在牛头刨床进行刨削时，刨刀作往复的直线运动即主运动，工件随着工作台在垂直于主运动的方向的进给运动；在龙门刨床上刨削时，切削运动和牛头刨床相反，因此逆向刨削是主运动，而刨刀作进给运动，因主运动方向在一个往复进程中需要变化，因此逆向刨削是主运动可逆，由工件作正、反两个方向的直线运动，即试图利用切削时的反行程，工件回程时刨刀继续切削；但是现有的刨床上实施，逆向刨削将受到限制，必须设计相应夹具使刨刀正向齿切完脱离工件后，逆向到齿下降到工作位置进行回程刨削，刨刀可没计成双向刚性刨刀，若采用弹性阻尼刨刀无需要专用夹具，可实现可逆向刨削，但需计算刨削力实弹性刀杆产生的弹性变形程度使刀头以一定的半径值绕某一点旋转；但是按快速响应的要求，较有效的方法是刚性刨刀作摆动的摆式刨削，而这需设计专门的刀架。

4.3可逆向铣削

因一般铣削加工可进行逆铣和顺铣，故可逆向铣削可理解为改变铣刀旋转方向的铣削，可逆向端面铣削可采用带双向对称切削齿的专业铣刀实现，这种对称切削齿结构应类似于双刃钻头，这样可满足铣刀齿工作刃的单向磨损的要求，对于发复杂刀具，如立铣刀、球头铣刀等，需要进行新的刃型设计，并综合考虑刀刃曲线的设计、制造的难易，切削性能等因素的影响，在多工步铣削特形内腔时，铣刀在每一步改变进给方向是最有效的方法，这世纪上也是复杂刀具可逆的客观需要，可逆向端面铣削的运动定义为：

铣刀顺时针旋转为正向，逆时针旋转为逆向。