傳動軸零件車削工藝參數的選用探討

摘 要：細長軸類零件在加工過程中剛性極差，在加工過程中容易產生鼓型形狀誤差，并因切削過程產生振動而影響表面質量，本文以傳動軸零件為例對細長軸的加工工藝進行了分析，通過對刀具材料、角度的分析，以及切削參數的合理選擇，降低加工變形，提高了加工質量，為同類零件加工提供借鑒。

關鍵詞：傳動軸；刀具參數；切削變形；切削用量

中圖分類號：TG501 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 20-0000-01

在機械零件加工中，細長軸一般指的是長度與直徑比大于20的軸類零件。該類零件剛性較差，是現場車削生產中的一種較難加工的對象，易出現鼓型誤差或因震顫而產生工件表面顫紋，對于有著較高的尺寸精度及粗糙度要求的零件，難以保證質量。因此，要實現細長軸加工過程中的質量控制，必須對刀具材料、角度、跟刀架等各項參數與裝備進行合理設置與選用，并對毛坯進行熱處理，來減小工件的變形，才能獲得設計的質量要求。

本文通過對傳動軸零件的車削加工工藝分析，并通過生產實踐驗證，為有效提高細長軸零件加工質量做了有益探索。

一、零件結構與工藝分析

（一）零件結構。如圖1所示，工件主要外圓尺寸Φ12.50-0.02mm，長度375±0.02mm。長徑比為30，加工難度在于如何保證直線度及外圓尺寸精度。

（二）零件加工工藝分析。細長軸車削的突出困難是工件的彎曲變形。影響零件變形的因素有多項。下面從三方面進行分析：工件剛性、工件所受到的外力以及熱膨脹變形。（1）工件剛性：工件材料為45鋼，材料硬度約240HB，塑性較強，熱膨脹系數大，加工時產生的切削熱，使工件受熱伸長變形；（2）外力：1）夾緊力，工件采用“一夾一頂”的裝夾方式，由于頂尖軸向頂緊力的作用，使零件在加工前已經形成一定的彎曲變形；2）切削力，切削力可以根據里的分解原則，可以分為徑向力、軸向力，切削力方向不同，對細長軸車削彎曲變形的影響程度也不同。徑向力的影響：作用在工藝系統剛性最差的直徑方向上，是工件在水平面內產生彎曲變形的主要影響因素；軸向力的影響：沿工件軸向，其彎矩也會引起彎曲變形；彎曲變形的零件在高速轉動時，因離心力的作用，變形加劇，引起徑向振動；3）毛坯重力，零件長度較長，在自重作用下，切削前即會產生部分彎曲變形；（3）熱膨脹變形與分析：切削過程是對工件材料的剪切破壞，切削伴隨著切削熱的產生，導致工件溫度升高，引起工件的熱變形。

二、制定工藝方案

通過以上對變形原因的分析，工件在車加工過程中的主要難點在于防止和減小工件的變形，可以采取的相應方法有：減小切削力、提高系統剛度、降低發熱量或增強散熱能力等。

（一）加工工藝方案確定。（1）對工件進行粗車。在車床上用三爪卡盤夾緊毛坯的中間部分，選用160r/min左右的轉速，低速鉆中心孔，在不拆卸工件的情況下，將頂尖頂入中心孔，頂緊力不宜過大，用450r/min左右轉速將粗車外圓，然后將卡爪換為軟卡爪，夾持剛車削部分的外圓，校對外圓同軸度在0.05mm，再次鉆出另一端中心孔，依然不拆卸工件即安裝頂尖，完成另一端外圓的車削。再進行退火去除加工應力。重復操作2次，依次去除余量，測量工件直線度達0.08～0.11mm，尺寸在Φ13.2+0.10-0.25mm；（2）對工件進行精車。精車前將工件一端加工至Φ14.50-0.02mm，長度3mm，將跟刀架裝入導軌，依然采用三爪卡盤夾持工件，用跟刀架作為輔助支撐，修磨另一端中心孔。然后將工件用兩頂方式裝夾，輔以安裝跟刀架支撐，用左偏刀反向走刀，切削深度為工件余量，一次精加工保證直線度及外形尺寸：直線度0.04mm，外圓Φ12.50-0.02mm。

（二）跟刀架材料的選擇。使用跟刀架作為輔助支撐，對跟刀架與工件接觸部分的材料要求較高，主要是耐磨性要求，還要求與工件相近的熱膨脹系數，以及切削時較好的粗糙度。這里選用硅青銅材料作為跟刀架材料。

（三）車刀材料及刀具角度參數選擇。刀片材料一般選擇YT15硬質合金，用于精加工時，可用YT30合金；刀桿材料選擇常用的45號鋼。

為了減小車削時產生的切削力，需要合理選擇切削刀具的幾何參數，主要包括以下幾項：主偏角（kr）—主偏角是影響徑向力的主要因素，一般選擇40～48°；前刀面應刃磨R1～1.5mm的圓弧形斷屑槽，加工中形成薄而寬的連續卷曲的切屑，使切削過程平穩，切削力變動小，有效抑制加工中的振動，獲得較高的表面粗糙度；刃傾角（λs）—影響車削過程中切屑的流動方向。細長軸加工，常采用正刃傾角+3～+10°，控制切屑流向待加工表面，避免切屑劃傷已加工表面，同時也有利于減小切削抗力。粗車和精車車刀角度參數如下，粗加工（°，前角、后角、主偏角、刃傾角、刀尖半徑）：25，5，40，4，1.5；精加工：25-30，6，45，5，1.1。

（四）切削用量的確定。在加工中必須選用合適的切削用量，避免出現尺寸或表面質量超差。主要原則是盡量提高進給量，適當增大切削速度和背吃刀量：（1）合反向切削，采用大進給量，增大進給力，切削力對工件產生一定的拉伸作用，可以抑制工件振動，切削過程平穩；（2）增大進給量，刀具沿走刀方向一側的后角減小一個螺旋升角，前角相應增大一個螺旋升角。小的后角有利于減小崩刃，增大前角能減小切削力并減小切削變形。加工中選用的切削用量如下，粗加工（進給量mm/r、主軸轉速r/min、背吃刀量mm）：0.5-1.2，260-480，3-5；精加工：0.15-0.3，450-600，0.15-0.25。

三、結束語

如何保證該類零件的加工精度一直是困擾生產技術人員與操作者的難題。針對該類零件的工藝制訂，要首先考慮生產的經濟性，充分利用現有設備、附件及生產條件，通過合理安排工藝路線，合理選用工藝附件，合理選擇刀具材料與參數，合理選用切削用量參數，就能夠實現優質高效的生產目的。

參考文獻：

[1]張益芳.金屬切削手冊[M].上海：上海科學技術出版社，2011.

[作者簡介]朱鵬程（1974-），男，教師，高級工程師，學士學位，本科，研究方向：機械制造、數控加工；姜麗軍（1977-），女，講師，本科，研究方向：電子應用技術。