淺談細長軸車削

王大山

沈陽市裝備制造工程學校，遼寧沈陽 110026

1 細長軸的特點

工件的長度L與直徑d之比大于25（即長徑比L/d＞25）的軸類工件稱為細長軸。細長軸的外形并不復雜，但由于其本身的剛度低，車削時又受切削力、重力、切削熱等因素的影響，容易產生彎曲變形以及振動、錐度、腰鼓形、竹節形等缺陷，難以保證加工精度。長徑比越大，加工就越困難。

2 車細長軸的方法

車削細長軸主要是解決工件車削過程中的剛性問題及變形問題。所以車削細長軸的關鍵就是合理使用中心架和跟刀架，解決工件的熱變形伸長及合理選擇車刀的幾何形狀等。

2.1 合理使用中心架和跟刀架

1）中心架的使用。中心架安裝在床身導軌上。當中心架支承在工件中間時，工件長度相當于減少了一半，而工件的剛性卻提高了好幾倍。

安裝中心架之前，應先在工件中間車一段安裝中心架支承爪的溝槽，溝槽直徑略大于工件的尺寸要求，溝槽的寬度大于支承爪的直徑。安裝中心架后，要使3個支承爪松緊適當，在溝槽上加注潤滑油。在車削過程中，要經常檢查支承爪的松緊程度，發現松動及時調整。

對于工件中間不需要加工的細長軸，可采用輔助套筒的方法安裝中心架。把套筒套在軸的外圓上，調整并擰緊兩端3個螺釘，使套的軸線和工件軸線重合。中心架的支承爪支承在輔助套筒的外圓上，其注意事項與支承在工件溝槽中相同。

2）跟刀架的使用。使用中心架能提高工件車削過程中的剛性，但由于工件分兩段車削，因此工件中間有接刀痕跡。對不允許有接刀的工件，應采用跟刀架的方法。跟刀架是固定在床鞍上，和車刀一起作縱向運動。跟刀架有兩爪和三爪之分。車削細長軸時，最好使用三爪跟刀架，因為使用3個支承爪的跟刀架，能使工件在上下、前后均不能移動，車削穩定，不易產生振動。使用跟刀架時，一定要注意支承爪對工件的支承要松緊適當，若太松，起不到提高剛性的作用，若太緊，影響工件的形狀精度，車出的工件呈 “竹節形”。車削過程中，要經常檢查支承爪的松緊程度，進行必要的調整。

2.2 減少與補償工件的熱變形伸長

車削時，由于切削熱的影響，使工件隨溫度升高而逐漸伸長變形，稱為熱變形。在車削一般軸類工件時，可不考慮熱變形伸長問題。但是，車削細長軸時，因為工件長，熱變形伸長量大，所以一定要考慮到熱變形的影響。工件熱變形伸長量可按下式計算。

△L=αL△t

式中，△L為工件熱變形伸長量（mm）；

α為材料的線膨脹系數(1/℃）；

L為工件全長（mm）；

△t為工件升高的溫度（℃）。

例：車削直徑為Φ25mm，長度為1 200mm的細長軸，材料為45鋼，車削時因受切削熱的影響，使工件由原來的21℃上升到61℃，求這根細長軸的熱變形伸長量。

解：已知L=1 200mm，△t=61℃-21℃=4O℃，查表45鋼的線膨脹系數。

α＝11.59×10-6（1/℃）。

△L=αL△t=11.59×10-6×1 200×40=0.556mm

從上例計算可知，細長軸熱變形伸長量是很大的。由于工件一端夾緊，一端頂住，工件無法伸長，所以只能使本身產生彎曲。細長軸一旦產生彎曲，車削就很難進行，因此，必須采取措施減少工件的熱變形。

減少工件的熱變形可采取以下措施：

1）使用彈性回轉頂尖

彈性回轉頂尖的結構如圖1所示。頂尖用圓柱滾子軸承、滾針軸承承受背向力，推力球軸承承受進給力。在短圓柱滾子軸承和推力球軸承之間，放置若干片碟形彈簧。當工件熱變形伸長時，工件推動頂尖通過圓柱滾子軸承，使碟形彈簧壓縮變形。生產實踐證明，用彈性回轉頂尖加工細長軸，可有效地補償工件的熱變形伸長，工件不易彎曲，車削可順利進行。

圖1 彈性回轉頂尖的結構1－頂尖 2－圓柱滾子軸承 3－碟形彈簧 4－推力球軸承5－滾針軸承

2）浮動夾緊和反向進給車削

如圖2所示，細長軸采用一夾一頂裝夾方式，其卡爪夾持的部分不宜過長，一般為15mm左右，最好用Φ3×200mm的鋼絲墊在卡爪的凹槽中。這樣細長軸左端的夾持就形成線接觸的浮動狀態，使細長軸在卡盤內能自由調節，切削過程中熱變形伸長的細長軸，不會因卡盤夾死而產生彎曲變形。

圖2 浮動夾緊和反向進給車削1－卡盤 2－細長軸 3－彈性回轉頂尖

采用反向進給時，進給力F拉直工件已切削部分，并推進工件待切削部分由右端的彈性回轉頂尖支撐并補償，細長軸不易產生彎曲變形。浮動夾緊和反向進給車削能使工件達到較高的加工精度和較小的表面粗糙度值。

3）加注充分的切削液

車削細長軸時，無論是低速切削，還是高速切削，加注充分的切削液能有效地降低切削區域的溫度，從而減少工件的熱變形伸長，延長車刀的使用壽命。

4）保持刀具鋒利

保持刀具鋒利可以減少車刀與工件之間的摩擦發熱。

2.3 合理選擇車削用量

車削細長軸時，應分粗車和精車，若選用材料為YT 15、形狀為圖1所示的車刀，粗車時切削用量應選ap＝1.5mm～2mm，f =0.3mm/r～0. 4mm/r，v=50m/min～60m/min比較合適。

精車時切削用量應選ap＝0.5mm～lmm，f=0.08mm/x～0.12mm/r，v=60m/min～100m/min比較合適。

[1]崔國利.機械加工技術與實訓.機械工業出版社，2010.

[2]勞動部教材辦公室組織編寫.車工工藝學[M].中國勞動出版社，2006.