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细长轴类工件车削加工的研究

郭建亮  
【摘要】: 车削细长轴时,由于长径比大,在切削力作用下会产生弯曲变形与振动,故细长轴的车削加工目前仍是一个工艺难题。当前该问题的解决主要靠操作者的经验,因此对工人的技术水平要求很高,且效率很低。在科技高速发展的今天,对零件加工精度的要求越来越高,设计和制造的高效与自动化是今后发展的必然趋势,传统的加工方法很难满足加工精度和生产效率的要求,因此寻找解决细长轴车削加工难题的突破口就显得尤为重要。能否找出一种理论分析与试验相结合的方法,定量研究细长轴车削时的弯曲变形及尺寸误差的影响因素,寻求减小尺寸误差的方法,这对于细长轴车削加工具有重要的理论意义和应用价值。 本文力图在建立细长轴车削过程中弯曲变形及尺寸误差模型的基础上,进行仿真及切削试验研究,并给出减小尺寸误差的方法。 首先,对细长轴车削加工技术在国内外的发展状况进行了综述。国外此课题研究较少且集中于机理研究。国内研究较多,主要集中在加工技巧的总结与改进,如:切削用量的合理选择、专用跟刀架的研究以及增加附加作用力等方面。无疑,这些对减小细长轴的几何形误差和尺寸误差均起到了积极作用,但深入的理论研究不多。 然后,研究了车削细长轴时的弯曲振动问题。细长轴的长径比大,具有梁的几何特征。为研究细长轴在切削力作用下的弯曲振动,在此以梁的振动理论为基础,建立了细长轴受切削力激励时弯曲振动的解析模型,并用振型叠加法求解了该模型的解。为了将回转运动纳入弯曲振动模型中,又以Timoshenko梁理论为基础,建立了更为精确的弯曲振动模型,并采用积分变换法求得了该模型的封闭解,即得出了细长轴切削点处挠度随时间的变化规律。 再后,用联合模型研究了跟刀架及切削用量对细长轴尺寸误差的影响,从而找出了减小尺寸误差的方法。该联合模型包括三个子模型:一个是用经验公式求解切削力的子模型;第二个是细长轴在切削力与跟刀架共同作用下弯曲变形的有限元模型,其中跟刀架的力学模型揭示了跟刀架对细长轴的作用;第三个是细长轴弯曲变形与尺寸误差间几何关系的子模型。将这三个子模型联合后,当切削用量及跟刀架的刚度等条件已知时,就可求出细长轴加


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