細長軸的車削加工方法

賀小平 程習文

摘 要：細長軸車削時面臨許多技術難題，是因為細長軸在加工中剛性差，在切削時受切削力、重力、切削熱等因素影響產生彎曲變形，產生震動、錐度、腰鼓形和竹節形等缺陷，難以保證加工精度。通過對細長軸類零件車削加工時產生彎曲變形的原因分析，闡述了保證細長軸加工質量的工藝方法、切削用量以及刀具幾何角度的選擇本文對細長軸加工精度的主要難點和車削的主要環節作了全面、詳細的分析，然后從工件的裝夾方法、車削細長軸時的切削用量和車刀的角度等方面，通過分析細長軸加工各關鍵技術問題對細長軸加工的影響，找到改進方法，從而提高細長軸加工的精度，保證合格率。

關鍵詞：細長軸；跟刀架；彈性活動頂尖；反向切削

引言：通常軸的長度與之直徑比大于20～25（即L/d≥20～25）的軸稱之為細長軸。這類零件一般在車床上進行加工。在車削加工過程中，由于其剛性差，在切削力和切削熱的作用下，細長軸很容易產生彎曲變形，使加工出來的細長軸產生中間粗、兩頭細的形狀，嚴重影響零件的加工精度。可見細長軸的加工難度為眾人所周知。在車削過程中產生的切削力和其本身質量、離心力的作用下，極易產生振動和彎曲變形；再由于細長軸熱擴散差，線膨脹大，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， 因此， 車削細長軸時必須改善細長軸的受力問題。 加工方法： 采用反向進給車削， 選用合理的刀具幾何參數、切削用量、拉緊裝置和軸套式跟刀架等一系列有效措施。。。

一、造成細長軸車削彎曲變形的因素

細長軸是機器上的重要零件之一。用來支配機器中的傳動零件，使傳動零件有確定的工作位置，并且傳遞運動和轉矩。由于細長軸的加工精度要求高，但細長軸本身的結構特點使之剛性差、振動大，所以加工起來存在一定的難度。

1.切削熱產生的影響

車床加工工件時產生的切削熱，會引起工件熱變形伸長。由于在車削過程中，卡盤和尾架頂尖都是固定不動的，因此兩者之間的距離也固定不變。細長軸受熱后延長量會被限制，因為擠壓的存在，細長軸很容易出現彎曲變形的情況。要想提高細長軸的加工精度，防止細長軸彎曲變形實質上是控制工藝系統的受力及受熱變形的問題。

2.細長軸剛性很差。在車削加工時，如果裝夾不當，很容易因切削力及重力的作用而產生彎曲變形，從而引起振動，降低加工精度和表面粗糙度。

3.細長軸的散熱性差。在切削熱的作用下。工件軸向尺寸會變熱伸長，如果軸的兩端為固定支承，則會因受熱膨脹受限而產生彎曲變形，甚至會使工件卡死在頂尖間而無法加工。

4.細長軸軸向尺寸較長，加工時一次進給所需時間長。刀具磨損大，從而影響零件的幾何形狀精度。

二、解決細長軸加工變形問題的措施

在細長軸加工過程中，為提高加工精度，應根據不同的生產條件，采取不同的措施，才能保證細長軸的加工精度。

1.選擇合適的裝夾方法

在普通車床上車削細長軸的兩種傳統裝夾方式中，采用雙頂尖裝夾，工件定位準確，容易保證同軸度。但用這種方法裝夾細長軸，其剛性較差，細長軸彎曲變形較大，而且容易產生振動。另外卡爪夾緊面與頂尖孔可能不同軸，裝夾后會產生過定位，也能導致細長軸產生彎曲變形.所以采用一夾一頂裝夾方式時，頂尖必須采用彈性活頂尖，使細長軸受熱后可以自由伸長，減少其受熱彎曲變形；還可以在卡爪與細長軸之間墊入一個開口鋼絲圈，以減少卡爪與細長軸的軸向接觸長度，消除安裝時的過定位，減少彎曲變形，以保證細長軸的加工精度。

2.機床的調整

細長軸的加工過程需要使用床身導軌的全部或大部分，因此機床本身的精度對加工效率、質量有著相當重要的影響。由于機床導軌面磨損程度不同，因此首先要對機床做適當的調整。使主軸中心和尾座頂尖中心線與導軌全長平行。

3.合理地控制切削用量

切削用量選擇的是否合理，對切削過程中產生的切削力的大小、切削熱的多少是不同的。因此對車削細長軸時引起的變形也不同，所以應該根據實際加工狀況合理選擇切削用量。

3.1切削深度（t）：切削深度是指在工藝系統剛度確定的前提下，隨著切削深度的增大，車削時產生的切削力、切削熱隨之增大，引起細長軸的受力、受熱變形也增大。因此在車削細長軸時，應盡量減少切削深度。

3.2進給量（f）：車床車削時進給量增大會使切削厚度增加，切削力增大。但切削力不是按正比增大，因此細長軸的受力變形系數有所下降.如果從提高切削效率的角度來看，增大進給量比增大切削深度有利。

3.3切削速度（v）：提高切削速度有利于降低切削力。這是因為，隨著切削速度的增大，切削溫度提高，刀具與工件之間的摩擦力減小，細長軸的受力變形減小。但切削速度過高容易使細長軸在離心力作用下出現彎曲，破壞切削過程的平穩性，所以切削速度應嚴格控制。對長徑比較大的工件，切削速度要適當降低。

4.采用適當的車削方法

4.1一夾一頂上中心架，或兩頂尖上中心架，正裝車刀車削，適用于允許調頭接刀車削的工件。

4.2一夾一頂上跟刀架，正裝車刀車削，適用于不允許調頭接刀車削的工件。兩爪跟刀架不適用于高速切削，三爪跟刀架適用于高速切削。

4.3一夾一頂或一夾一拉，卡盤夾緊面用開口鋼絲圈，上跟刀架，反向進給，適用于精車長徑比大于50倍的軸

5.直接減少細長軸受力變形

5.1采用傳統的跟刀架和中心架，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。

5.2采用軸向夾拉法車削細長軸，軸向夾拉車削是指在車削細長軸過程中，細長軸的一端由卡盤夾緊，另一端由專門設計的夾拉頭夾緊，夾拉頭給細長軸施加軸向拉力，在車削過程中，細長軸始終受到軸向拉力，解決了軸向切削力把細長軸壓彎的問題。同時補償了因切削熱而產生的軸向伸長量，提高了細長軸的剛性和加工精度。

5.3采用反向切削法車削細長軸：反向切削法是指在細長軸的車削過程中，車刀由主軸卡盤向尾架方向進給， 這樣在加工過程中產生的軸向切削力使細長軸受拉，消除了軸向切削力引起的彎曲變形。

5.4采用雙刀車削細長軸改裝車床中滑板，增加后刀架，采用前后兩把車刀同時進行車削， 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。

5.5采用磁力切削法車削細長軸：我們采用的磁力切削法的原理與反向切削法原理基本相同。在車削過程中，細長軸由于受到磁力拉伸的作用，可以減少細長軸加工時的彎曲變形，提高細長軸加工精度。

結論：綜上所述，在日常的加工過程中通過采用合適的裝夾方式和先進的加工方法，選擇合理的刀具角度和切削用量等措施，保證細長軸剛性，盡可能減少車削時產生的受力、受熱變形較大的問題，是解決細長軸變形問題的關鍵。實踐證明：車削細長軸時，只要做到采用合理的裝夾方法和加工方法，正確選擇刀具的幾何角度及切削用量，恰當的冷卻潤滑，就可以保證細長軸的加工精度，避免返修，報廢情況的發生，提高工作效率，節約生產成本。

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