淺析如何提高細長軸加工精度

陳香平

摘 要：在機械加工過程中，由于細長軸的長徑比較大，剛性差，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，車削細長軸時要想提高加工精度，必須采取減小切削熱、采用反向進給車削， 選用合理的刀具幾何參數、切削用量、使用中心架跟刀架等一系列有效措施。

關鍵詞：細長軸車刀; 中心架; 跟刀架; 切削用量; 切削熱

中圖分類號：TG51? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：1006-3315（2019）05-113-002

在機械加工過程中，有很多軸類零件的長徑比L/d>25，稱之為細長軸。由于細長軸的長徑比較大，剛性差。因此在切削力、重力、切削熱和頂尖頂緊力的作用下， 橫置的細長軸很容易彎曲變形，產生振動、錐度、腰鼓形和竹節形等缺陷，難以保證加工精度。那么筆者認為，要想提高細長軸加工精度，必須做到以下幾點：

一、減小工件熱變形產生的影響

加工產生的切削熱會引起工件熱變形伸長，那么工件就會彎曲，車削根本無法進行。

（一）采用一夾一頂的裝夾方式

卡盤爪的夾持部分不易過長，一般在15mm左右。同時可在卡爪的凹槽與細長軸之間墊入一個開口鋼絲圈，這樣以點接觸，以減少卡爪與細長軸的軸向接觸長度，使工件在卡盤內能自由調節其位置，消除安裝時的過定位，減少彎曲變形。也不會因卡盤夾死而產生內應力。

（二）應采用彈性回轉頂尖

彈性回轉頂尖可以補償工件熱變形伸長。當工件受熱變形伸長時，回轉頂尖內部的蝶形彈簧會壓縮變形，頂尖能自動后退，這樣可以使細長軸受熱后自由伸長，減少其受熱彎曲變形。

（三）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，這樣在加工過程中作用在工件上的軸向切削分力使細長軸受拉，同時，由于細長軸的左端通過鋼絲圈固定在卡盤內，右端支撐在回轉頂尖上，可以自由伸縮，消除了軸向切削力引起的彎曲變形。也可以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。

（四）加注充分切削液

車削細長軸時，無論是低速切削，還是高速車削，加注充分的切削液，能有效的減少工件所吸收的熱量，從而減少工件的熱變形伸長。充分加注切削液可以降低刀尖切削溫度，延長刀具使用壽命。

二、選擇合理的刀具角度

車削細長軸時，由于工件剛性差，車刀的幾何形狀對減小作用在工件上的切削力，減小工件彎曲變形和振動，減小切削熱的產生等都有明顯的影響。特別是車刀的前角、主偏角和刃傾角對切削力的影響最大。

（一）前角（γ）

其大小直接影響切削力、切削溫度和切削功率.增大前角，可以使被切削金屬層的塑性變形程度減小，切削力明顯減小。增大前角可以降低切削力，使車刀鋒利，車削輕快。所以在細長軸車削中，在保證車刀有足夠強度的前提下，盡量使刀具的前角增大，前角一般取γ=15°～30°。

（二）主偏角（kr）

其大小影響著3個切削分力的大小和比例關系。它是影響車削時背向力的主要因素，因此，車削細長軸時，在不影響刀具強度的前提下，盡量增大車刀主偏角，從而減小背向力，減小細長軸的彎曲變形。在車削細長軸時，一般采用kr=為80°～93°的主偏角。

（三）刃傾角（λs）

傾角影響著車削過程中切屑的流向、刀尖的強度及3個切削分力的比例關系。刃傾角在-10°～+10°范圍內，3個切削分力的比例關系比較合理。在車削細長軸時，常采用正刃傾角+3°～+10°，以使切屑流向待加工表面。

另外，前刀面應磨有R1.5～3mm的圓弧形斷屑槽，使切屑順利卷曲折斷。應選擇較小的刀尖圓弧半徑和倒棱寬度。

三、采用跟刀架和中心架

采用一夾一頂的裝夾方式車削細長軸，為了減少徑向切削力對細長軸彎曲變形的影響，傳統采用跟刀架或中心架。跟刀架一般是固定在床鞍上跟隨車刀后面移動，承受作用在工件上的切削力，相當于在細長軸上增加了一個支撐，增加了細長軸的剛度，減少徑向切削力。但在使用跟刀架時，必須使其支撐爪與工件的接觸壓力調整適當，并且一致。否則會在車削細長軸過程中車削“竹節”形，“腰鼓”形，影響加工精度。因此，調整跟刀架支撐爪時，應先調整后支撐爪，使其輕微接觸到外圓為止，再調整下支撐爪和上支撐爪，要求每個支撐爪都能與軸保持相同的合理間隙，使軸可以自由轉動。

中心架是直接支撐在工件中間，它可以使工件的長徑比減小一半，細長軸的剛性則可增加好幾倍。工件裝上中心架之前，必須在毛坯中間車出一段圓柱面溝槽作為支撐軸頸，為了以后精車，其直徑略大于工件要求的尺寸。溝槽的表面粗糙度值應為R≤1.6μm，圓度誤差小于0.05mm，否則會使工件出現方形誤差。

四、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、切削熱、積屑瘤、工件的加工精度、表面粗糙度都有很大的影響。車削細長軸時引起的影響更大。

（一）切削深度（ap）

在工藝系統剛度和加工余量確定的前提下，盡量使用大的切削深度，但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。一般粗車時切削深度（ap）為1.5～2mm，精車時切削深度（ap）為0.5～1mm。

（二）進給量（f）

進給量主要影響車削力和工件表面粗糙度。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，但是也不能太大，一般粗車時進給量（f）為0.3～0.4mm，精車時進給量（f）0.08～0.12mm

（三）切削速度（v）

隨著切削速度（v）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，所以切削速度應控制在一定范圍。對長徑比較大的工件，切削速度要適當降低。一般粗車時切削速度（v）為50～60m/min，精車時切削速度（v）為60～100m/min

總之，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。通過采用合適的方式方法，可以提高細長軸的加工精度。