細長軸加工工藝研究

王海龍

（中鐵工程裝備集團有限公司，遼寧 沈陽 110000）

細長軸加工工藝研究

王海龍

（中鐵工程裝備集團有限公司，遼寧 沈陽 110000）

在機械加工過程中，有很多軸類零件的長徑比L/d>25。在切削力、重力和頂尖頂緊力的作用下，橫置的細長軸很容易彎曲甚至失穩(wěn)，因此，車削細長軸時必須改善細長軸的受力問題。此外，在切削熱的影響下，細長軸的加工也容易出現(xiàn)變形，影響加工。文章從力和熱兩個方面分析了細長軸加工質量的影響因素，并結合加工實際提出了有針對性的改進措施。

細長軸；變形；影響因素；措施

軸，是機械機器中常見的一種機械零件，主要用于支撐傳動零件、承受載荷與傳遞扭矩和速度。軸的類型有很多，包括空心軸、曲軸、半軸、花鍵軸、凸輪軸、光軸、階梯軸、偏心軸等。其中，軸的長徑比小于5的稱為短軸，長徑比大于20的屬于細長軸。軸類零件的材料常用45#鋼，中等精度而轉速較高的軸類零件可以選用40Cr合金結構鋼，精度較高的軸類零件可選用軸承鋼、彈簧鋼或球墨鑄鐵材料，高轉速、重載荷的軸類零件可以選用低碳合金鋼、氮化鋼作為材料。毛坯多為自由鍛造、模鍛或鑄件。

1 問題的提出

由于細長軸本身剛性差（L/d值愈大，剛性越差），在車削過程中受到切削力、重力、切削熱等因素的影響，容易產生彎曲變形以及震動、錐度、腰鼓形、竹節(jié)形等缺陷，難以保證加工精度，容易出現(xiàn)以下問題：①工件受切削力、自重和旋轉時離心力的作用，會產生彎曲、振動，嚴重影響其圓柱度和表面粗糙度。②在切削過程中，工件受熱伸長產生彎曲變形；車削就很難進行，嚴重時會使工件在頂尖間卡住。

因此，車細長軸是一種難度較大的加工工藝。雖然車細長軸的難度較大，但它也有一定的規(guī)律,主要抓住中心架和跟刀架的使用、解決工件熱變形伸長以及合理選擇車刀幾何形狀等三個關鍵技術，問題就迎刃而解了。

2 加工細長軸產生彎曲變形的因素分析

（1）力的作用導致變形。在車削過程中，產生的切削力可以分解為軸向切削力、徑向切削力及切向切削力。不同的切削力對車削細長軸時產生彎曲變形的影響是不同的。徑向切削力是垂直作用在通過細長軸軸線水平平面內的，由于細長軸的剛性較差，徑向力將會把細長軸頂彎，使其在水平面內發(fā)生彎曲變形。軸向切削力是平行作用在細長軸軸線方向上的，它對工件形成一個彎矩。對于一般的車削加工，軸向切削力對工件彎曲變形的影響并不大，可以忽略。但是由于細長軸的剛性較差，其穩(wěn)定性也較差，當軸向切削力超過一定數(shù)值時，將會把細長軸壓彎而發(fā)生縱向彎曲變形。

（2）熱的作用導致變形。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，這就叫“熱變形”。在車削一般軸類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，總伸長量長，所以一定要考慮到熱變形的影響。由于工件一端夾住，一端頂住，工件無法伸長，因此只能本身產生彎曲。細長軸一旦產生彎曲后，車削就很難進行。

3 細長軸加工工藝的改進

（1）力的影響改進。軸是要承載和傳遞力矩的，因此支撐軸頸和配合軸頸是最重要的加工表面，軸上支承軸頸直接影響后輪軸的回轉精度，軸上配合軸頸影響傳動件安裝后是否產生跳動，影響軸的同軸度。為保證加工軸的性能，要求軸的左右兩邊相關部分必須同軸，因為細長軸的長度較長，很難保證同軸度，所以通常采用一夾一頂?shù)难b夾方式，若軸的中間部分較細，可采用“套筒裝夾”實現(xiàn)基準定位的方法進行裝卡，為了減少徑向切削力對細長軸彎曲變形的影響，傳統(tǒng)上采用跟刀架和中心架，相當于在細長軸上增加了一個支撐，增加了細長軸的剛度，可有效地減少徑向切削力對細長軸的影響。主要表面的加工方法為達到精度要求，可采用粗車→半精車→精車的方法能夠保證軸與軸承之間的過盈配合。還可以選擇雙刀加工，兩把車刀，徑向相對，前車刀正裝，后車刀反裝。兩把車刀車削時產生的徑向切削力相互抵消，工件受力變形和振動小，加工精度高，適用于批量生產。對細長軸車削應采用較高的切削速度，小的背吃刀量和進給量的辦法，改善切削系統(tǒng)，增加工藝系統(tǒng)剛性。

（2）熱的影響改進。減少工件的熱變形主要可采取以下措施：①使用彈性回轉頂尖，用彈性回轉頂尖加工細長軸，可有較地補償工件的熱變形伸長，工件不易彎曲，車削可順利進行。②加注充分的切削液，車削細長軸時，不論是低速切削還是高速切削，為了減少工件的溫升而引起熱變形，加注切削液必須充分冷卻。使用切削液還可以防止跟刀架支承爪拉毛工件，提高刀具的使用壽命和工件的加工質量。③刀具保持銳利，以減少車刀與工件的摩擦發(fā)熱。為減少切削熱，車刀應該選擇較大的前角，取r0=15°~30°。

4 結語

由于細長軸剛性差，車削時產生的受力、受熱變形較大，很難保證細長軸的加工質量要求。通過采用合適的裝夾方式和先進的加工方法，可以保證細長軸的加工質量要求。

［1］楊方.機械加工工藝基礎［M］.西安：西北工業(yè)大學出版社，2002.

［2］傅水根.機械制造工藝基礎（第3版）［M］.北京：清華大學出版社，2010.

Research on Long Spindle Machining Process

WANG Hai-long
（China Railway Engineering Equipment Group Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110000，China）

In the machining process，there are a lot of shaft parts length diameter ratio L/d>25.Under the action of the cutting force，gravity and the tip of the top，the slender shaft is easy to bend or even lose stability.In addition，under the influence of cutting heat，the processing of slender shaft is also prone to deformation，having an impact on the processing.This paper analyzes the factors affecting the machining quality of the slender shaft from two aspects of force and heat.

slender shaft；deformation；influencing factors；measures

TG506

A

2095-980X（2017）04-0037-01

2017-03-07

王海龍（1978-），男，遼寧錦州人，工程師，主要研究方向：掘進機產品研發(fā)。