細(xì)長多錐芯頭的車削加工

    多錐芯頭是軋制稀有金屬管材時最主要的工具之一， 它的質(zhì)量優(yōu)劣直接影響軋制管材的成品質(zhì)量。但由于其特殊的多錐結(jié)構(gòu)， 在多錐芯頭的研制過程中車削加工（ 尤其是精車） 一直是制約產(chǎn)品質(zhì)量的瓶頸， 下面僅對車削工序進(jìn)行論述。
1. 結(jié)構(gòu)分析
    如圖1 所示， 該芯頭總長510mm, 材料GCr15, 淬火后硬度要求58 ~63HRC, 整體由42 段圓錐體組成。

圖一

    其中工作段圓錐40 段， 每段長度僅為6. 25mm , 直徑呈不規(guī)則遞增（ 遞增量0. 01 ~0. 12mm 不等） .最大直徑20. 99mm, 最小直徑12. 7mm, 右端部為M14 外螺紋，左端有M8 內(nèi)螺紋， 外圓錐面尺寸公差±0. 01mm, 錐表面粗糙度值要求為Ra = 0. 8μm, 直線度≤0. 03mm, 圓度≤0. 01mm.該工件有兩大加工難點(diǎn)：
（ 1） 零件細(xì)長、多錐該零件為細(xì)長結(jié)構(gòu)， 長徑比為30∶1, 全長都是由錐體構(gòu)成， 而細(xì)長軸剛性較差， 當(dāng)受到切削力時， 會引起彎曲、振動， 車削加工難度很大。一般加工細(xì)長軸時要使用跟刀架或中心架來增加剛性， 但由于該零件的多錐結(jié)構(gòu)， 跟刀架及中心架無法采用， 故在臥式車床上根本無法加工。
（ 2） 硬度高， 精加工困難零件經(jīng)淬火后， 硬度達(dá)58 ~63HRC, 傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金刀具難以對其加工， 一般都采取磨削加工。但零件錐面多且每個錐面長度短， 又是凹曲線， 因此磨削加工不能進(jìn)行。又由于零件要求精度高， 表面粗糙度值低， 不可能在熱處理前加工成形。
2. 主要加工設(shè)備的確定
    加工細(xì)長軸類零件， 首先要考慮的就是增加其剛性。在跟刀架和中心架都不能使用的情況下， 采用分段加工的方法， 縮小其長徑比， 增加其剛性。又由于該零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是多錐體， 又是凹曲線， 因此， 選定以數(shù)控車床為主要加工設(shè)備。車削時充分利用數(shù)控車床的定位精確， 尺寸一致， 復(fù)位準(zhǔn)確、可靠， 易于切削復(fù)雜曲面， 不需輔助裝置的優(yōu)勢和特點(diǎn)。
3. 采用合適的刀具材料及刀具參數(shù)
    硬度58 ~63HRC 的細(xì)長軸， 常規(guī)的硬質(zhì)合金刀具難以車削。經(jīng)過分析比較， 選擇了性價比較優(yōu)的碳氮化鈦基Al2 O3 + Ti （ NC） 熱壓成形陶瓷刀具。這種刀具硬度高（ 94HRC） , 強(qiáng)度高（ 抗彎強(qiáng)度800MPa） , 并具有高的抗氧化性， 高的耐熱性， 良好的斷裂韌度和高抗熱振性， 比較適合加工硬度在65HRC 左右的淬火件。
    選擇合理的幾何角度也很重要， 依據(jù)工件的特點(diǎn)并兼顧成形刀具的特點(diǎn)。前角選- 10°， 主偏角選93°， 刃傾角選- 5°， 后角選8°。
4. 車削加工方法
    車削分為坯料粗車和淬火后精車， 粗車主要目的是去余量， 提高效率并為精加工打基礎(chǔ)。此時坯料較粗，采用正錐車削。尺寸精度及要求較低的表面粗糙度值，在編排程序時每刀背吃刀量較大， 走刀速度也較快。在為精車留量方面考慮到精車時是干切削， 為減少加工應(yīng)力和車削熱及熱處理帶來的變形， 給精車留量0. 5 ~0. 6mm.又由于40 錐段中每5 段徑向尺寸只相差0. 06mm, 因此， 把40 段錐分成8 個錐， 這樣即簡化了程序， 也為精車加工打下了良好基礎(chǔ)。
    精車時巧妙采取分段反錐車削， 選取合適的工藝臺， 工藝臺在頂兩頂尖孔時一次磨出。車削時依次夾兩處工藝臺， 對刀時徑向和軸向都在工藝臺處對刀。這樣保證了各外圓同心， 整個芯頭直線度也能達(dá)到要求， 為達(dá)到零件圖樣要求提供了保證。
    增加細(xì)長軸的剛性， 縮短單次車削的長度， 分別調(diào)整好兩段車削參數(shù)， 使得車削能夠順利進(jìn)行。
5. 精加工中程序編制技巧
    在精加工中每刀背吃刀量很小， 進(jìn)給量也小， 且錐段多達(dá)40 段， 若依次每段排進(jìn)程序， 則走3 刀程序語句就是120 句。這樣程序語句很長， 占用內(nèi)存大， 輸入也麻煩。采用調(diào)用子程序法， 把每刀的精確尺寸用增量值編入子程序循環(huán)使用， 每次調(diào)用子程序時用主程序絕對值控制尺寸精度。這樣只用44 個程序語句就可以完成， 簡化了程序， 又保證了尺寸精度。同時， 也便于不同規(guī)格的同類產(chǎn)品借用程序.