细长多锥芯头的车削加工

    多锥芯头是轧制稀有金属管材时最主要的工具之一， 它的质量优劣直接影响轧制管材的成品质量。但由于其特殊的多锥结构， 在多锥芯头的研制过程中车削加工（ 尤其是精车） 一直是制约产品质量的瓶颈， 下面仅对车削工序进行论述。
1. 结构分析
    如图1 所示， 该芯头总长510mm, 材料GCr15, 淬火后硬度要求58 ~63HRC, 整体由42 段圆锥体组成。

图一

    其中工作段圆锥40 段， 每段长度仅为6. 25mm , 直径呈不规则递增（ 递增量0. 01 ~0. 12mm 不等） .最大直径20. 99mm, 最小直径12. 7mm, 右端部为M14 外螺纹，左端有M8 内螺纹， 外圆锥面尺寸公差±0. 01mm, 锥表面粗糙度值要求为Ra = 0. 8μm, 直线度≤0. 03mm, 圆度≤0. 01mm.该工件有两大加工难点：
（ 1） 零件细长、多锥该零件为细长结构， 长径比为30∶1, 全长都是由锥体构成， 而细长轴刚性较差， 当受到切削力时， 会引起弯曲、振动， 车削加工难度很大。一般加工细长轴时要使用跟刀架或中心架来增加刚性， 但由于该零件的多锥结构， 跟刀架及中心架无法采用， 故在卧式车床上根本无法加工。
（ 2） 硬度高， 精加工困难零件经淬火后， 硬度达58 ~63HRC, 传统的硬质合金刀具难以对其加工， 一般都采取磨削加工。但零件锥面多且每个锥面长度短， 又是凹曲线， 因此磨削加工不能进行。又由于零件要求精度高， 表面粗糙度值低， 不可能在热处理前加工成形。
2. 主要加工设备的确定
    加工细长轴类零件， 首先要考虑的就是增加其刚性。在跟刀架和中心架都不能使用的情况下， 采用分段加工的方法， 缩小其长径比， 增加其刚性。又由于该零件的结构特点是多锥体， 又是凹曲线， 因此， 选定以数控车床为主要加工设备。车削时充分利用数控车床的定位精确， 尺寸一致， 复位准确、可靠， 易于切削复杂曲面， 不需辅助装置的优势和特点。
3. 采用合适的刀具材料及刀具参数
    硬度58 ~63HRC 的细长轴， 常规的硬质合金刀具难以车削。经过分析比较， 选择了性价比较优的碳氮化钛基Al2 O3 + Ti （ NC） 热压成形陶瓷刀具。这种刀具硬度高（ 94HRC） , 强度高（ 抗弯强度800MPa） , 并具有高的抗氧化性， 高的耐热性， 良好的断裂韧度和高抗热振性， 比较适合加工硬度在65HRC 左右的淬火件。
    选择合理的几何角度也很重要， 依据工件的特点并兼顾成形刀具的特点。前角选- 10°， 主偏角选93°， 刃倾角选- 5°， 后角选8°。
4. 车削加工方法
    车削分为坯料粗车和淬火后精车， 粗车主要目的是去余量， 提高效率并为精加工打基础。此时坯料较粗，采用正锥车削。尺寸精度及要求较低的表面粗糙度值，在编排程序时每刀背吃刀量较大， 走刀速度也较快。在为精车留量方面考虑到精车时是干切削， 为减少加工应力和车削热及热处理带来的变形， 给精车留量0. 5 ~0. 6mm.又由于40 锥段中每5 段径向尺寸只相差0. 06mm, 因此， 把40 段锥分成8 个锥， 这样即简化了程序， 也为精车加工打下了良好基础。
    精车时巧妙采取分段反锥车削， 选取合适的工艺台， 工艺台在顶两顶尖孔时一次磨出。车削时依次夹两处工艺台， 对刀时径向和轴向都在工艺台处对刀。这样保证了各外圆同心， 整个芯头直线度也能达到要求， 为达到零件图样要求提供了保证。
    增加细长轴的刚性， 缩短单次车削的长度， 分别调整好两段车削参数， 使得车削能够顺利进行。
5. 精加工中程序编制技巧
    在精加工中每刀背吃刀量很小， 进给量也小， 且锥段多达40 段， 若依次每段排进程序， 则走3 刀程序语句就是120 句。这样程序语句很长， 占用内存大， 输入也麻烦。采用调用子程序法， 把每刀的精确尺寸用增量值编入子程序循环使用， 每次调用子程序时用主程序绝对值控制尺寸精度。这样只用44 个程序语句就可以完成， 简化了程序， 又保证了尺寸精度。同时， 也便于不同规格的同类产品借用程序.