淺談車削細長軸加工方法

摘要：當前，軸類零部件被廣泛應用在機器設備裝置中，軸類零件的加工質量在一定程度上影響機器設備裝置裝配精度及日常使用情況。細長軸雖然外形并不復雜，但由于其本身剛性差，所以就增加了車削加工難度。本文就細長軸車削難點，淺談一下細長軸的車削加工方法。

關鍵詞：細長軸;剛性;切削熱

工件的長度與直徑之比大于25的軸類零件稱為細長軸。細長軸長徑比越大，剛性越差;車削時由于切削力、重力、切削熱等因素的影響，容易發生彎曲變形，產生振動、錐度、腰鼓形和竹節形等缺陷，難以保證加工精度。

一、車削細長軸時易出現的問題

1.在切削過程中，工件受熱伸長會產生彎曲變形，甚至會使工件卡死在頂尖間而無法加工。

2.工件受切削力作用產生彎曲，從而引起振動，影響工件的精度和表面粗糙度。

3.由于工件自重、變形、振動，影響工件圓柱度和表面粗糙度。

4.工件高速旋轉時，在離心力作用下，加劇工件彎曲與振動。

二、車削加工前應做好的準備工作

1.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。調整尾座中心，使之與車床主軸中心同軸，調整好床鞍、滑板相應的間隙，使之松緊適當。

2.跟刀架調整：跟刀架是加工細長軸作輔助支撐的附件。常用的跟刀架有兩種，兩爪跟刀架和三爪跟刀架。為了在車削中使工件穩定、不易產生振動，選用三爪跟刀架。跟刀架中心必須與卡盤、尾座頂尖處于同一中心上，必要時先將跟刀架固定在床鞍上，再將內孔車刀裝夾在卡盤上，使車刀轉動，以床鞍作縱向進給來車削支撐爪的支撐面，使三個支撐面構成的圓的直徑基本等于工件支撐軸頸直徑。使用跟刀架時須使其支撐爪與工件的接觸壓力調整適當，否則會影響加工精度，把工件車成“竹節形”或“腰鼓形”。

3.棒料的校直：對彎曲棒料應校直，校直的棒料不僅可使車削余量均勻，避免或減小加工振動，還可以減小切削后的表面殘余應力，避免產生較大變形。校直后的棒料，其直線度誤差應小于1mm，校直后還要進行時效處理，以消除應力。

三、加工過程中的變形問題

1.切削力導致變形

在車削過程中，產生的切削可以分解為軸向切削力Fx、徑向切削力Fy及切向切削力Fz，它們將使軸產生水平和縱向方向的彎曲。

2.切削熱產生的影響

車削加工產生的切削熱會引起工件熱伸長變形，在車床上車削細長軸采用的傳統裝夾方式主要有兩種：一種是細長軸的一端用卡盤夾緊，另一端用車尾架尖支撐（一夾一頂）。

另一種是細長軸的兩端均由頂尖支撐（雙頂尖）。由于在車削過程中，卡盤和尾架頂尖都是固定不動的，這就使細長軸受熱后的軸向伸長量受限，導致細長軸受到軸向擠壓而產生彎曲變形。

3.跟刀架裝夾不當引起的變形

車細長軸時，由于使用跟刀架，若支撐爪與工件的接觸壓力調整不當，在剛開始尾座端車削時，工件在尾座端由頂尖支撐，工件在此處很難發生變形，但車削一段距離且車刀遠離頂尖后，工件剛性逐漸減弱，容易發生變形。此時若壓力過小，甚至沒有接觸，則不能起到增加剛性的作用;若壓力過大，使工件被頂向車刀，使切削深度增大，結果車出工件的直徑偏小。當跟刀架的支撐爪跟隨車刀移動到支撐刀已經車小的外圓時，支撐爪與工件表面脫離接觸。這時由于徑向切削分力的作用，使工件向外讓開，使切削深度減小，于是車出工件的直徑會偏大。這樣周而復始有規律變化則把細長工件車成“竹節”形。

支撐爪與工件表面接觸不一致（偏高或偏低于工件旋轉中心），支撐磨損而產生間隙。當車刀車削到工件中間部位時，由于徑向切削力，使工件的軸線壓向車床回轉軸線的外側，發生彎曲變形，因而形成腰鼓形。

四、細長軸加工過程中合理控制切削用量和減少熱變形方法

1.要求粗車時工件彎曲度不大于1mm;精車時工件彎曲度不大于0.2mm。

2.切削深度增加時，產生的切削力增加，切削熱增大。細長軸受力時，因受熱而變形。所以細長軸加工時，應盡量減少切削深度。

3.切削速度要合理。中速粗車和低速精車的方法適用性強，對機床精度要求也不高，能大大提高加工效率。

4.使用彈性回轉頂尖來補償工件熱變形伸長，加注充分乳化液進行冷卻，刀具應經常保持銳利狀態來降低和減少工件的熱變形。

五、細長軸加工時刀具的選擇

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，減少切削熱的產生等均有明顯的影響。選擇時主要考慮如下幾點;

1.車刀的主偏角是影響徑向切削力的主要因素，在不影響刀具強度的情況下，應盡量增大車刀主偏角，主偏角選kr=80°～93°。

2.為了減小切削力和切削熱，應選較大的前角，γ0=15°～30°，前刀面應磨R1.5㎜～R3㎜圓弧形斷屑槽。

3.選擇正刃傾角，通常取λs=+3°～+10°，使切屑流向待加工表面，此外，車刀也容易切入工件，并可減小切削力。

4.為了減小徑向切削力，刀尖圓弧半徑應磨的較小（Υε<0.3㎜），倒棱的寬度應選小些，一般為0.5?，以減小切削時的振動。

5.刀片材料應選擇紅硬性和耐磨性好的硬質合金（粗車選YT15、精車選YT30、YW1等）。

另外，在車刀安裝時，刀尖應高于工件回轉中心0.2 mm～0.4mm，使車刀后面有輕微的接觸，以防止工件上下竄動，從而減少工件的低頻振動，增加切削過程的平穩性。長期的實踐證明這種車削效果非常好。

結束語

細長軸加工工藝復雜，稍有疏忽就有可能出現問題。采用合理的措施，可使低剛度的細長軸零件精度大大提高，簡單易行，提高生產效率。精心準備和調試，車刀切入工件后，迅速調整跟刀架與工件表面接觸，供給充足的冷卻液進行冷卻、潤滑，吸收切削產生的熱量。注意刀具與工件的摩擦情況，降低切削熱變形和刀具磨損，提高加工精度。細長軸的熱擴散差，熱量的增加使工件熱變形伸長，加工過程中還應注意調節頂尖的松緊程度，隨時注意支撐爪與工件表面接觸狀態和支撐爪的磨損情況，并視具體情況隨時作出相應的調整。

車削細長軸時，除了重視跟刀架的使用外，還應避免工件熱變形的不利影響及掌握合理選擇車刀幾何形狀等關鍵技術。除了提供必要的工藝保證外，隨時注意眼看、耳聽、手摸，及時發現問題解決問題，來不斷提高細長軸加工的工藝水平。

參考文獻

[1]車工工藝與技能訓練 ?中國勞動社會保障出版社

[2]車工（中級）機械工業出版社

作者簡介：楊曉東，男（1971.3），漢族，籍貫：遼寧省葫蘆島市，專科，一級實習指導教師，研究方向：機械加工。