細長軸類零件的加工與技術改進

邵加發

(保山市高級技工學校，云南 保山 678000)

一、發現問題

2008年我在企業里上班，是一名質管技術科員，一天在處理一批產品質量問題時發現：該零件在加工完后發現都存在誤差現象，都沒有達到所要求的尺寸、形位公差。通過計算，此工件長徑比為60，此零件屬于細長軸。于是我就在不停思考：怎樣才能使零件加工符合要求呢？

二、分析問題

由于此零件的長徑比很大，剛性差，在車削時，受切削力、裝夾力、自身重力、切削熱、振動等因素的影響。容易出現以下問題：

①切削時產生的徑向切削力與裝夾徑向分力的合力。會使工件彎曲，工件旋轉時引起振動，從而影響加工精度和表面質量。

②工件轉速高時，由于離心力的作用。加劇了工件的彎曲和振動。

③由于工件自重變形而加劇工件的振動(自振)，影響加工精度和表面質量。

三、解決問題

3.1 合理選擇車刀幾何形狀

根據細長軸剛性差、易變形的特點，要求車削細長軸的車刀（圖1【3】須具有在車削時徑向力小、車刀鋒利和車出工件表面粗糙度值小的特點。

圖1 車削細長軸車刀

圖2 刀具前角對震動的影響

(2)前角r0:前角r0:對振動的影響如圖2，隨前角的增大，振動隨之下降，但在切削速度較高的范圍內，前角對振動的影響將減弱。由于細長軸車削速度一般不會太高，故在粗加工中取r0=15°～20°，精車時取r0=20°～30°。

(3)后角α0:一般來說，后角對切削穩定性無多大影響，但當后角減小到2°～3°時，振動明顯減弱，在生產中也發現，后刀面有一定程度的磨損后，會有顯著的減振作用。

(4)刀具圓弧半徑γs:γs增大徑向分量力隨之增大，為避免自振γs越小越好。但隨γs的減小，將使刀具壽命降低，同時也不利于表面粗糙度的改善。故加工時，刀尖圓弧r≤0.3mm。

（5）為排削順利，車刀應磨有R(1.5mm～3mm)的斷屑槽。

3.2 合理選擇切削參數

切削速度的選擇：由圖4可知，在高速或低速范圍進行切削，自振就不易產生。特別是在高速范圍內進行切削，既可提高生產率，又可避免切削顫振，是值得采用的方法。

(2)進給量的選擇：如圖5振動強度隨進給量，的增大而減小，應選取大的進給量。

(3)切削深度αρ的選擇：切削深度對切削穩定性的影響如圖6可知隨著αρ增大，振動不斷加大。當f增大時，極限切斷深度也隨之加大。所以，為加大極限切削深度αρ必須增加進給量f。

圖3 偏角對震動的影響

圖4 V對切削穩定性的影響

圖5 f對切削穩定性的影響

圖6 αρ對切削穩定性的影響

圖7 彈性活頂尖

圖8 改制頂尖1-頂尖 2-深溝球軸承 3-彈簧 4-推力球軸承 5-滾針軸承（左側芯軸為頂尖右側是拉緊螺桿）

(4)應盡量避免寬而薄的切屑，否則極易顫振。

綜上所屬：車細長軸時，應分為粗車和精車，若選用材料為YT15、形狀為圖2所示的車刀，粗車時切削用量應選αρ=1.5mm-2mm、f=0.3mm/r-0.4mm/r、v=50m/min-60 m/min比較合適；精車時αρ=0.5mm-1mm、f=0.08mm/r-0.12mm/r、v=60m/min-100m/min比較合適。

3.3 變形量計算

使用冷卻液充分冷卻在零件加工時，由于切削熱引起零件變形。變形量公式為：△L= L·a·△t為工件總長

式中：△L為工件伸長量，mm；L，mm；a為材料線

膨脹系數，1um／℃ ；△t為工件升高溫度，℃。

由變形量公式可知，熱變形量與溫升成正比，因此。必須有效控制零件溫升。采用冷卻液對加工工件進行充分冷卻、潤滑，吸收切削產生的熱量，改善刀具與工件的摩擦情況，降低切削熱、減小熱變形和刀具磨損，從而提高加工精度。

3.4 傳統細長軸的加工描述

細長軸傳統的加工方法——兩頂 (即一夾一頂)，一般都利用過定位原理，使用跟刀架或中心架作為輔助支撐來增加工件的剛性。這一加工方法，對要求不高的細長軸沒有問題，但對于精度要求高或長徑比很大的超細長軸就很難加工出合格產品。由于頂尖的頂力作用，使軸在加工中受到的徑向彎曲力加大，從而使軸的彎曲變形加大，加工精度降低。再加之切削熱及跟力架與中心架的摩擦熱使工件產生熱膨脹，工件脹長增大了軸的彎曲度，另外跟力架與中心架的腳爪中心線可能與軸中心線不完全同心。因此，一夾一頂的傳統方法，加工超細長軸，即使使用中心架、跟刀架來增加零件的剛度，也不能很好的消除彎曲變形，加工精度也低。

3.5 車削細長軸類零件技術改進

細長軸一夾一拉加工法針對傳統裝夾方法的缺陷，采用一夾一拉【4】的裝夾方法來解決這一問題，裝夾時需要在夾緊處墊一開口鋼絲圈，使工件與卡爪之間的夾持變為線接觸，起到類似萬向節的作用(使工件在裝夾過程中不產生過定位)，工件的另一端由經彈性活頂尖（圖7）按軸徑改制成的頂尖(圖8所示)拉緊，其拉緊力越大加工效果就越好。

根據前面的分析可知，一夾一拉加工方法，由于兩端拉力，使軸在加工中受的徑向彎曲力減小，從而使軸的彎曲變形減小；再加切削熱及摩擦熱是使工件受熱膨脹增長，兩拉作用力能很好地防止工件脹長頂死而彎曲變形，因此，兩拉加工方法與傳統加工方法相比，能有效提高工件的加工精度。

細長軸的兩拉車削工藝細長軸一般采用先按改制后的頂尖內螺紋孔配車拉螺紋。以便在車削過程中莊家方便。

結語

一直以來我都在不停地思索。看了相關書籍和資料后結合專業知識寫下了這篇論文。希望能夠對加工細長軸的企業有所幫助。

[1]曾慶福.機械制造工藝學[M].北京:機械工業出版社，1990.

[2]韓步愈.金屬切削原理與刀具[M].北京:機械工業出版社，1995.

[3]蔣增福.車工工藝與技能訓練[M].北京：高等教育出版社，2004.

[4]趙建中.細長軸類零件的加工方法 [J].四川.機械研究與應用，2007.