In the machining process, there are many shaft parts whose length-to-diameter ratio L/d>25. Sous l'action de la force de coupe, de la gravité et de la force de serrage supérieure, l'arbre mince horizontal est facile à plier ou même à perdre sa stabilité. Par conséquent, le problème de contrainte de l'arbre élancé doit être amélioré lors de la rotation de l'arbre élancé.
Méthode de traitement : le tournage en marche arrière est adopté et une série de mesures efficaces telles que des paramètres géométriques d'outil raisonnables, une quantité de coupe, un dispositif de tension et un repose-outil de douille sont sélectionnés.
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Analyse des facteurs de déformation en flexion dans le tournage d'arbres élancés
Il existe principalement deux méthodes de serrage traditionnelles utilisées pour tourner des arbres minces sur des tours : une méthode est : une pince et une installation supérieure ; l'autre méthode consiste en deux installations supérieures. Ici, nous analysons principalement la méthode de serrage d'une pince et d'un plateau.
Grâce à l'analyse du traitement réel, les principales raisons de la déformation en flexion de l'arbre mince causée par le tournage sont :
(1) La force de coupe provoque une déformation
Dans le processus de tournage, la force de coupe générée peut être décomposée en force de coupe axiale PX, force de coupe radiale PY et force de coupe tangentielle PZ. Différentes forces de coupe ont des effets différents sur la déformation en flexion lors du tournage d'arbres fins.
1) Influence de l'effort de coupe radial PY
L'effort de coupe radial agit verticalement sur le plan horizontal passant par l'axe de l'arbre élancé. En raison de la mauvaise rigidité de l'arbre élancé, la force radiale pliera l'arbre élancé pour le faire plier et se déformer dans le plan horizontal. L'effet de la force de coupe sur la déformation en flexion de l'arbre mince est illustré à la Fig. 1.
2) Influence de l'effort de coupe axial PX
La force de coupe axiale agit parallèlement à l'axe de l'arbre élancé, créant un moment de flexion sur la pièce. Pour le tournage général, la force de coupe axiale a peu d'effet sur la déformation en flexion de la pièce et peut être ignorée. Cependant, en raison de la mauvaise rigidité de l'arbre élancé, sa stabilité est également mauvaise. Lorsque la force de coupe axiale dépasse une certaine valeur, l'arbre mince sera plié pour provoquer une déformation de flexion longitudinale. comme le montre la photo 2.
(2) L'influence de la chaleur de coupe
La chaleur de coupe générée par le traitement entraînera une déformation thermique et un allongement de la pièce. Étant donné que le mandrin et le dessus de la poupée mobile sont fixes pendant le processus de tournage, la distance entre les deux est également fixe. De cette manière, l'allongement axial de l'arbre allongé après avoir été chauffé est limité, ce qui entraîne une déformation en flexion de l'arbre allongé due à l'extrusion axiale.
Par conséquent, on peut voir que le problème de l'amélioration de la précision d'usinage de l'arbre élancé est essentiellement le problème du contrôle de la contrainte et de la déformation thermique du système de traitement.
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Mesures pour améliorer la précision d'usinage de l'arbre mince
Lors du processus d'usinage de l'arbre élancé, afin d'améliorer sa précision d'usinage, différentes mesures doivent être prises en fonction des différentes conditions de production pour améliorer la précision d'usinage de l'arbre élancé.
(1) Choisissez la méthode de serrage appropriée
Parmi les deux méthodes de serrage traditionnelles utilisées pour tourner des arbres minces sur le tour, on utilise le serrage à double sommet, qui peut positionner avec précision la pièce et assurer facilement la coaxialité. Mais en utilisant cette méthode pour serrer l'arbre élancé, sa rigidité est médiocre, la déformation en flexion de l'arbre élancé est importante et il est sujet aux vibrations. Par conséquent, il ne convient que pour une installation avec un petit rapport longueur/diamètre, une petite tolérance d'usinage et des exigences de coaxialité élevées. pièces hautes.
L'usinage des arbres minces adopte généralement la méthode de serrage d'une pince et d'un sommet. Cependant, dans cette méthode de serrage, si la pointe est trop serrée, en plus de plier la tige mince, elle peut également entraver l'allongement de la tige mince lorsqu'elle est tournée, provoquant une compression axiale de la tige mince et une déformation de sa forme. . De plus, la surface de serrage des mâchoires peut ne pas être dans le même axe que le trou de pointe, ce qui provoquera un surpositionnement après serrage, et peut également provoquer une déformation en flexion de la tige élancée. Par conséquent, lorsque la méthode de serrage d'une pince et d'un dessus est utilisée, le dessus doit utiliser des centres vivants élastiques. L'arbre mince peut être allongé librement après avoir été chauffé pour réduire sa déformation en flexion lorsqu'il est chauffé ; en même temps, un chariot en acier ouvert peut être inséré entre les mâchoires et l'arbre élancé pour réduire la longueur de contact axial entre les mâchoires et l'arbre élancé et éliminer le sur-positionnement lors de l'installation qui réduit la déformation en flexion.
(2) réduire directement la déformation de la force de l'arbre mince
1) Utilisez le repose-talon et le cadre central
L'arbre mince est tourné par la méthode de serrage d'une pince et d'un sommet. Afin de réduire l'influence de la force de coupe radiale sur la déformation en flexion de l'arbre élancé, le porte-outil traditionnel et le cadre central sont utilisés, ce qui équivaut à ajouter un support à l'arbre élancé. , ce qui augmente la rigidité de l'arbre élancé, ce qui peut réduire efficacement l'influence de la force de coupe radiale sur l'arbre élancé.
2) L'arbre mince est tourné par la méthode de serrage axial
L'utilisation du porte-outil et du cadre central peut augmenter la rigidité de la pièce, mais élimine fondamentalement l'influence de la force de coupe radiale sur la pièce. Mais cela ne peut toujours pas résoudre le problème que la force de coupe axiale plie la pièce, en particulier pour l'arbre mince avec un diamètre relativement grand, cette déformation en flexion est plus évidente. Par conséquent, l'arbre mince peut être tourné par la méthode de serrage axial. Le tournage à serrage axial signifie que lors du processus de rotation d'un arbre mince, une extrémité de l'arbre mince est serrée par un mandrin et l'autre extrémité est serrée par une tête de serrage spécialement conçue. La tête de serrage applique une tension axiale à l'arbre élancé. Comme le montre la figure 4.
Pendant le processus de tournage, l'arbre mince est toujours soumis à une tension axiale, ce qui résout le problème que l'arbre mince est plié par la force de coupe axiale. En même temps, sous l'action de la tension axiale, le degré de déformation en flexion de l'arbre élancé dû à la force de coupe radiale est réduit ; l'allongement axial causé par la chaleur de coupe est compensé, et la rigidité et le traitement de l'arbre mince sont améliorés. précision.
3) Tourner l'arbre mince par la méthode de coupe inverse
La méthode de coupe inversée signifie que pendant le processus de tournage de l'arbre mince, l'outil de tournage est alimenté du mandrin de broche à la poupée mobile, comme illustré à la figure 5.
De cette manière, la force de coupe axiale générée pendant le traitement rend l'arbre mince tendu, éliminant la déformation en flexion causée par la force de coupe axiale. Dans le même temps, la pointe élastique de la contre-pointe peut compenser efficacement la déformation par compression et l'allongement thermique de la pièce de l'outil à la contre-pointe, et éviter la déformation en flexion de la pièce.
La plaque coulissante centrale du tour est modifiée en tournant l'arbre mince avec des doubles couteaux, le porte-outil arrière est ajouté et les outils de tournage avant et arrière sont utilisés pour tourner en même temps, comme illustré à la figure 6.
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Figure 6 Usinage à double couteau et analyse des forces
Deux outils de tournage sont diamétralement opposés, l'outil de tournage avant est installé à la verticale et l'outil de tournage arrière est installé à l'envers. Les efforts de coupe radiaux produits par les deux outils de tournage pendant le tournage s'annulent. La déformation et les vibrations de la pièce sont faibles et la précision de traitement est élevée, ce qui convient à la production de masse.
4) Tourner l'arbre mince par la méthode de coupe magnétique
Le principe de la méthode de coupe magnétique est fondamentalement le même que celui de la méthode de coupe inversée. Pendant le processus de tournage, l'arbre mince est étiré par la force magnétique, ce qui peut réduire la déformation en flexion de l'arbre mince pendant le traitement et améliorer la précision d'usinage de l'arbre mince.
(3) contrôler raisonnablement la quantité de coupe
La pertinence du choix de la quantité de coupe dépend de l'ampleur de la force de coupe et de la quantité de chaleur de coupe générée pendant le processus de coupe. Par conséquent, la déformation causée par la rotation de l'arbre mince est également différente.
1) Profondeur de passe (t)
En partant du principe que la rigidité du système de processus est déterminée, à mesure que la profondeur de coupe augmente, la force de coupe et la chaleur de coupe générées pendant le tournage augmentent en conséquence, entraînant une augmentation de la contrainte et de la déformation thermique de l'arbre mince. Par conséquent, lors du tournage d'arbres minces, la profondeur de coupe doit être minimisée.
2) Quantité d'alimentation (f)
L'augmentation de la vitesse d'avance augmentera l'épaisseur de coupe et la force de coupe. Cependant, la force de coupe n'augmente pas proportionnellement, de sorte que le coefficient de déformation de la force de l'arbre élancé diminue. Du point de vue de l'amélioration de l'efficacité de coupe, l'augmentation de la vitesse d'avance est plus avantageuse que l'augmentation de la profondeur de coupe.
3) Vitesse de coupe (v)
L'augmentation de la vitesse de coupe est bénéfique pour réduire la force de coupe. En effet, à mesure que la vitesse de coupe augmente, la température de coupe augmente, le frottement entre l'outil et la pièce diminue et la force de déformation de l'arbre élancé diminue. Cependant, si la vitesse de coupe est trop élevée, l'arbre mince se pliera facilement sous l'action de la force centrifuge, ce qui détruira la stabilité du processus de coupe, de sorte que la vitesse de coupe doit être contrôlée dans une certaine plage. Pour les pièces de longueur et de diamètre relativement importants, la vitesse de coupe doit être réduite de manière appropriée.
(4) Choisissez un angle d'outil raisonnable
Afin de réduire la déformation en flexion provoquée par la rotation de l'arbre élancé, il est nécessaire que la force de coupe générée lors de la rotation soit aussi faible que possible. Parmi les angles géométriques de l'outil, l'angle de coupe, l'angle d'attaque et l'angle d'inclinaison de l'arête ont la plus grande influence sur la force de coupe.
1) Angle avant ( )
La taille de l'angle de coupe ( ) affecte directement la force de coupe, la température de coupe et la puissance de coupe. L'augmentation de l'angle de coupe peut réduire le degré de déformation plastique de la couche métallique à couper et la force de coupe peut être considérablement réduite. L'augmentation de l'angle de coupe peut réduire la force de coupe, donc dans le tournage d'arbre mince, en veillant à ce que l'outil de tournage ait une résistance suffisante, essayez d'augmenter l'angle de coupe de l'outil, et l'angle de coupe est généralement {{0} } degré -17 degré .
2) Angle d'attaque (kr)
La taille de l'angle de déviation principal (kr) affecte la taille et la relation proportionnelle des trois composantes de la force de coupe. Avec l'augmentation de l'angle d'attaque, la force de coupe radiale diminue évidemment, mais la force de coupe tangentielle augmente à 60 degrés -90 degrés . Dans la plage de 60 degrés -75 degrés, la relation proportionnelle des trois composantes de la force de coupe est plus raisonnable. Lors de la rotation d'arbres minces, un angle d'attaque supérieur à 60 degrés est généralement utilisé.
3) Inclinaison de la lame (λs)
L'angle d'inclinaison de la lame (λs) affecte la direction d'écoulement des copeaux, la force de la pointe de l'outil et la relation proportionnelle des trois composants de coupe pendant le processus de tournage. Lorsque l'angle d'inclinaison augmente, la force de coupe radiale diminue évidemment, mais la force de coupe axiale et la force de coupe tangentielle augmentent. Lorsque l'angle d'inclinaison de la lame est compris entre {{0}} degrés et 10 degrés, la relation proportionnelle entre les trois composantes de la force de coupe est raisonnable. Lors de la rotation d'un arbre mince, un angle d'inclinaison positif de 0 degré - plus 10 degrés est souvent utilisé pour faire couler les copeaux vers la surface à usiner.
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en conclusion
En raison de la mauvaise rigidité de l'arbre élancé, la force et la déformation thermique générées lors du tournage sont relativement importantes, et il est difficile de garantir les exigences de qualité de traitement de l'arbre élancé. En adoptant des méthodes de serrage appropriées et des méthodes de traitement avancées, en choisissant des angles d'outil et des paramètres de coupe raisonnables, etc., les exigences de qualité de traitement de l'arbre mince peuvent être garanties.
