细长轴车削加工工艺路线的研究

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2013年9月第 41卷 第 17期机床与液压MACHINE T0OL& HYDRAULICSSep．2013Vo1．41 No．17DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2013．17．008细长轴车削加工工艺路线的研究马伏波 ，陈树峰(1．安徽理工大学机械工程学院，安徽淮南 232001；2．安徽理工大学理学院，安徽淮南 232001)摘要：详细分析正向走刀和反向走刀加工细长轴时，在切削力作用下产生的变形，并考虑压杆稳定性，建立了误差大小的数学计算公式，从而为减小细长轴的加工误差、提高加工精度提供了理论上的依据。

关键词：细长轴；切削力；变形；正向走刀；反向走刀中图分类号：THI6 文献标识码：A 文章编号：1001—3881(2013)17—032—2Study on Slender Shaft Turning Process LineMA Fubo ．CHEN Shu~ng(1．School of Mechanical Engineering，Anhui University of Technology，Huainan Anhui 232001，China；2．Anhui University of Technology，Huainan Anhui 232001，China)Abstract：Deformations under cuting force were analyzed when slender shaft was processed with forward pass and reverse pass.

And considering strut stability，the mathematical form ula of the eN"or was estab lished． So it provides theoretical basis for reducing ma—chining e~ors and improving precision of slender shaft.

Keywords：Slender shaft；Cuting force；Deformation；Forward pass；Reverse pass细长轴因其柔度大，在车削时极易受切削力和重力的作用而引起弯曲变形，产生振动，影响加工精度和表面质量。因此，有必要对影响细长轴加工误差的因素进行研究，以便设计出合理的加工工艺路线。

通过研究切削力引起的细长轴弯曲变形，并考虑压杆稳定性，发现在4种不同的加工方法下 ，切削力对加工精度影响的大小是不同的，为制定细长轴的工艺路线提供了理论依据。

1 正向走刀法加工时的力学分析1．1 三爪卡盘和后顶尖支承如图1所示，安装方式可转化为一次超静定梁求解问题 ，车削时，刀具向卡盘方向进给，切削分力 F主要使细长轴受压；F 使细长轴产生弯曲，变形增大图 1 三爪卡盘和后顶尖支承时的受力分析先考虑压杆稳定，由图1知，AC段细长轴受压，压杆约束条件为一端固定，另一端铰支，因此长度因数 一0．7，得柔度A ： ： O_．7x0计算出临界柔度A。和A ，确定A与A 和A 的关系，即可计算压杆的临界压力 。

若 F >F 则细长轴由于受压不稳定 ，细长轴的加工将发生很大的误差，此时所得的加工品将不能满足精度要求。

若Fx≤F 则可按材料力学 的原理计算，得到：(61 ．+ald1 1．1) F 、一一yc _二_ ( )式中： 为切深抗力；为进给抗力；为支座点B处的约束反力；为切削点距A端的距离；Y为 处的挠度；Y 为切削点处的挠度。

2 F 1面a1= Z— —lcoskx+tsinkxb．： tsinkx—xcoskx收稿 日期：2012—08—09基金项目：国家自然科学基金资助项目 (50875001)作者简介：马伏波 (1963～)，副教授，从事 CG、CAD／CAM和 CAT教学与研究工作。E—mail：aldmfb###163．corn。

第 17期 马伏波 等：细长轴车削加工工艺路线的研究 ·33·c = in +c。s 一1+争。(z一d1= 1一coskx—kxsinkx1．2 前后顶尖支承细长轴受力分析如图2所示。

图 2 前后顶尖支承时的受力分析对于轴的受压稳定情况的讨论，与第 1．1节类似，只需将长度因数改为 =1即可。在Fx≤F 的情形下解得 ：? 一÷ ( )。](／-x)Yc 1z(z一 ) 一 。。 一2l+jz cot z+ 一÷ (z 】(z_=
1
- (1一 ) 一k(1一 ) cotkx一2l+(2)式中：。：=2 反向走刀法加工时的力学分析在反向走刀加工时，由于细长轴没有受压部位，因此不存在压杆稳定的问题。

2．1 三爪卡盘和后顶尖支承反向车削时切削力将使工件受拉，如图3所示。

图3 三爪卡盘和后顶尖支承时的受力分析根据材料力学 理论得到：Yc1+[6，c，+l(ke—h一 eh)](f一 )式中：(3)( —t)e 十( +t)e一c =1 (z
— ) + (z一￡)eh一 |i}(z+ )eIh+1以 ： ( +f)e～ 一 ( -f)e 12．2 前后顶尖支承前后顶尖支承时的受力如图4所示。

图 4 前后顶尖支承时的受力分析对两顶尖支承反向车削时的分析方法同上。

F。4得到：Yc (4)式中：。 =[生 (_ 一 苎 -一苎 ±l_曼 一 ](z— )字 叫一3 加工精度分析以材料为45号钢的细长轴为例，其直径D=50mm，长度Z=1 000 mm，切削用量选择为：背吃刀量a =1 mm，进给量f=0．2 mm／r，将材料的弹性模量E=2．13×10 N／mm 、截面惯性矩 ，： (-rD )／64及切削分力 、 、 代人上式中，依次可得出沿细长轴长度上各选定点的变形 Y。

计算结果表明：在前后顶尖支承条件下 ，正向走刀车削加工的最大直径误差 占 =0．075 637×2：0．151 274 mm；反向走刀车削的最大直径误差6： =0．075 626×2=0．151 252 mm。在三爪卡盘和后顶尖支承条件下，正向走刀车削加工的最大直径误差1 =0．033 090×2=0．066 180 mm。反向走刀车削的最大直径误差占：?=0．033 088×2=0．066 176 mm。

从计算结果可以得出：采用反向走刀车削的加工方法比采用正向走刀车削的加工方法得到的加工精度高。

4 结论目前加工细长轴常时采用中心架或跟刀架来保证细长轴的刚性，通过上述力学模型的分析计算可以看(下转第37页)第 17期 崔皆凡 等：最小损耗SVPWM优化策略及其谐波分析 ·37·鲻0.

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=4．28％ ～ 。l I
图7 最小损耗调制相电流谐波图 6—7显示准优化方法 的谐波含量更低一些 ，这是由于二者的平均开关频率不同造成的。由于在相同载波频率的情况下，准优化方法的平均开关频率要比改进型优化策略的平均开关频率高，根据公式(10)、(12)可知 ，平均开关频率越大，谐波含量越低。由于平均开关频率的不同，使得准优化方法的谐波含量要低。

因此为了在相同条件下进行比较，提高改进型优化方法的载波频率，使两种方法的平均开关频率相同，如图8所示 ，发现改进型优化方法的谐波含量比准优化方法的谐波含量要低。

墨鲻冀，I，u H zJ=z·O ， f上，=■．1 ’ m．． I” 0 50 tO0 150谐波次数图 8 提高开关频率最小损耗调制相电流谐波如公式 (1】)所示，此时最小开关损耗优化方法所产生的损耗仍然小于准优化方法。

： (14)其中： = =5 000 Hz，Ph 为最小开关损耗，P为准优化损耗。

4 结论(1)对传统SVPWM调制方式进行了改进，根据逆变器损耗公式，计算负载功率因数，对零矢量进行最优分配，使不开关扇区落在最大开关电流区域，降低了开关损耗，并且减小了谐波含量，提高了输出信号的质量。

(2)通过仿真实验，对传统调制方法和文中的优化方法进行了开关损耗仿真实验分析以及谐波含量分析，验证了该方法的正确性和合理性。

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(上接第33页)出，采用反向走刀法车削细长轴比采用正向走刀法车削细长轴时加工精度要高。所以在制定细长轴的加工工艺路线时，粗加工时可采用正向走刀法车削细长轴，半精加工和精加工时可采用反向走刀法车削细长轴。

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