[发明专利]一种无离心力切削装置

说明书

本发明提出了一种无离心力切削装置，属于机加工技术领域，主要用于弱刚度轴，即细长轴的车削加工。所述切削装置设置于机架上，包括主轴、位于主轴前端的切削机构，以及位于主轴后端的用于驱动主轴旋转的驱动机构；所述主轴包括内轴和外轴，内轴和外轴转动连接，分别由内轴电机和外轴电机驱动；所述切削机构由外轴驱动进行圆周切削，内轴和外轴的相对差速运动进行合成实现刀具径向进给。本发明所提供的无离心力切削装置，可减小弱刚度轴的加工变形，减小离心力对加工过程的影响，同时提高弱刚度轴的加工质量、加工效率；并使弱刚度轴的加工更加智能化、柔性化，减小弱刚度轴加工的操作难度，降低对操作员的技术要求，提高轴类零件的加工水平。

技术领域

本发明涉及机加工技术领域，具体涉及一种用于弱刚度轴的无离心力切削装置。

背景技术

在机械生产加工制造中，车床是应用最广泛的一类，约占机床总数的50％，轴类零件是车床加工中最常见类型。弱刚度轴是轴类零件常见的一种，如丝杆、传动轴等，属于难加工轴类零件。细长轴为典型的弱刚度轴，细长轴的定义：轴的长度与直径之比大于25(即L/D25)。细长轴通常有车外圆、车阶梯和车螺纹等加工工艺。在细长轴加工中，由离心力引起的不稳定性会使工件发生变形、产生震动，降低工件的加工精度和表面质量，从而降低整机的装配精度和使用精度。

传统的细长轴加工方法通常采用车床一夹一顶，配合中心架或跟刀架的方法进行加工。使用中心架的方法存在加工次数增多，夹持力控制难度大，离心力仍然不能忽视，加工效率低的缺点。而使用跟刀架对细长轴进行加工，跟刀架容易与轴的外圆接触过紧或者过松，出现振刀现象，存在竹节形、多棱形等缺陷，影响加工质量。

为了解决以上问题，一些学者对细长轴工艺进行了改进。梁满营等在传统数控加工的基础上，采用直线插补和圆弧插补相结合的插补方式加工以消除锥形和鼓形的缺陷，提高加工质量。但是此方法只适用于数控机床，不同品牌的数控机床的插补功能也有差别，所以适用范围狭窄。李晓舟等设计了一种磁力跟刀架，解决了传统跟刀架接触不足的问题，经过实验该磁力跟刀架能有效减小工件加工振动。但该磁力跟刀架无法避免跟刀架加工效率低的问题。王南等深入研究了基于拉夹法逆向车削细长轴加工的方法，并采用模拟分析方法验证了此方法，结果表明能有效的减小细长轴的弯曲变形和振动。但该方法无法避免传统单刀车削的缺陷带来的影响。郝春玲概述了螺纹滚压加工的技术要点，利用螺纹成型滚刀对工件进行压制螺纹，螺纹滚刀所需的功率大，转速慢，接触长度长，有效减小了加工径向变形和震动，效率高，但是其压制螺纹的摩檫力大，热变形大，需要大量润滑油才能维持加工。戴海港等研究了一种双刀车削加工的方法，使用两把车刀在跟刀架两边同时切削，有效地提高加工精度和效率,降低单位能耗。黄小东等设计了一种细长轴双头带锥度车削专用机床，该机床使用拉夹法代替传统顶持、用跟刀机械手代替跟刀架的装夹方案，采用两侧同时车削的方法，提高了细长轴加工刚度和加工效率。戴海港和黄小东等的研究只是对传统机床加工方法和传统机床进行改进，均没有解决离心力对工件造成震动的问题。王鹏等设计了一种变径细长轴加工专用机床，能有效的提高变径细长轴的加工精度和质量。该机床仍然摆脱不了单刀加工和工件旋转的缺陷。刘顺华概述了旋风铣削的原理及在螺纹切削中的应用，旋风铣削是现代比较先进的加工方式，旋风铣螺纹的原理是通过铣刀刀盘偏心倾斜单边高速旋转切削工件，配合进给量控制使螺纹成型。旋风铣削的不足之处在于铣刀刀盘单边切削会使工件单向受力变形。戴海港等研究了一种平面圆度上相差120度三刀车削方案，对该方案进行了受力分析，采用ANASYS软件模拟分析并得出了该方案车削工件的弯曲变形远小于传统车床加工变形的结论。该方案仅在理论上有所研究，并未实际验证理论的真实性。毛江峰等设计了一种可安装于CA6140车床上的双刀旋风刀盘及定心夹头，其能够实现刀具旋转切削，工件进给的加工方式，双刀加工从原理上减小了加工变形，有效提高了加工精度。但是双刀旋风刀盘只能用于单一直径的细长轴加工，加工不够灵活。