細(xì)長軸的車削加工方法

賀小平 程習(xí)文

摘 要：細(xì)長軸車削時面臨許多技術(shù)難題，是因為細(xì)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(chǎn)生彎曲變形，產(chǎn)生震動、錐度、腰鼓形和竹節(jié)形等缺陷，難以保證加工精度。通過對細(xì)長軸類零件車削加工時產(chǎn)生彎曲變形的原因分析，闡述了保證細(xì)長軸加工質(zhì)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(xì)長軸加工精度的主要難點和車削的主要環(huán)節(jié)作了全面、詳細(xì)的分析，然后從工件的裝夾方法、車削細(xì)長軸時的切削用量和車刀的角度等方面，通過分析細(xì)長軸加工各關(guān)鍵技術(shù)問題對細(xì)長軸加工的影響，找到改進(jìn)方法，從而提高細(xì)長軸加工的精度，保證合格率。

關(guān)鍵詞：細(xì)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(xì)長軸。這類零件一般在車床上進(jìn)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(xì)長軸很容易產(chǎn)生彎曲變形，使加工出來的細(xì)長軸產(chǎn)生中間粗、兩頭細(xì)的形狀，嚴(yán)重影響零件的加工精度。可見細(xì)長軸的加工難度為眾人所周知。在車削過程中產(chǎn)生的切削力和其本身質(zhì)量、離心力的作用下，極易產(chǎn)生振動和彎曲變形；再由于細(xì)長軸熱擴(kuò)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(xì)長軸很容易彎曲甚至失穩(wěn)， 因此， 車削細(xì)長軸時必須改善細(xì)長軸的受力問題。 加工方法： 采用反向進(jìn)給車削， 選用合理的刀具幾何參數(shù)、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(xì)長軸車削彎曲變形的因素

細(xì)長軸是機(jī)器上的重要零件之一。用來支配機(jī)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(zhuǎn)矩。由于細(xì)長軸的加工精度要求高，但細(xì)長軸本身的結(jié)構(gòu)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(chǎn)生的影響

車床加工工件時產(chǎn)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(xì)長軸受熱后延長量會被限制，因為擠壓的存在，細(xì)長軸很容易出現(xiàn)彎曲變形的情況。要想提高細(xì)長軸的加工精度，防止細(xì)長軸彎曲變形實質(zhì)上是控制工藝系統(tǒng)的受力及受熱變形的問題。

2.細(xì)長軸剛性很差。在車削加工時，如果裝夾不當(dāng)，很容易因切削力及重力的作用而產(chǎn)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(xì)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(chǎn)生彎曲變形，甚至?xí)构ぜㄋ涝陧敿忾g而無法加工。

4.細(xì)長軸軸向尺寸較長，加工時一次進(jìn)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(xì)長軸加工變形問題的措施

在細(xì)長軸加工過程中，為提高加工精度，應(yīng)根據(jù)不同的生產(chǎn)條件，采取不同的措施，才能保證細(xì)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(xì)長軸的兩種傳統(tǒng)裝夾方式中，采用雙頂尖裝夾，工件定位準(zhǔn)確，容易保證同軸度。但用這種方法裝夾細(xì)長軸，其剛性較差，細(xì)長軸彎曲變形較大，而且容易產(chǎn)生振動。另外卡爪夾緊面與頂尖孔可能不同軸，裝夾后會產(chǎn)生過定位，也能導(dǎo)致細(xì)長軸產(chǎn)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(xì)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(xì)長軸之間墊入一個開口鋼絲圈，以減少卡爪與細(xì)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(xì)長軸的加工精度。

2.機(jī)床的調(diào)整

細(xì)長軸的加工過程需要使用床身導(dǎo)軌的全部或大部分，因此機(jī)床本身的精度對加工效率、質(zhì)量有著相當(dāng)重要的影響。由于機(jī)床導(dǎo)軌面磨損程度不同，因此首先要對機(jī)床做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。使主軸中心和尾座頂尖中心線與導(dǎo)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(chǎn)生的切削力的大小、切削熱的多少是不同的。因此對車削細(xì)長軸時引起的變形也不同，所以應(yīng)該根據(jù)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(tǒng)剛度確定的前提下，隨著切削深度的增大，車削時產(chǎn)生的切削力、切削熱隨之增大，引起細(xì)長軸的受力、受熱變形也增大。因此在車削細(xì)長軸時，應(yīng)盡量減少切削深度。

3.2進(jìn)給量（f）：車床車削時進(jìn)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(xì)長軸的受力變形系數(shù)有所下降.如果從提高切削效率的角度來看，增大進(jìn)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(xì)長軸的受力變形減小。但切削速度過高容易使細(xì)長軸在離心力作用下出現(xiàn)彎曲，破壞切削過程的平穩(wěn)性，所以切削速度應(yīng)嚴(yán)格控制。對長徑比較大的工件，切削速度要適當(dāng)降低。

4.采用適當(dāng)?shù)能囅鞣椒?/p>

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(diào)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(diào)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(jìn)給，適用于精車長徑比大于50倍的軸

5.直接減少細(xì)長軸受力變形

5.1采用傳統(tǒng)的跟刀架和中心架，相當(dāng)于在細(xì)長軸上增加了一個支撐，增加了細(xì)長軸的剛度，可有效地減少徑向切削力對細(xì)長軸的影響。

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

5.3采用反向切削法車削細(xì)長軸：反向切削法是指在細(xì)長軸的車削過程中，車刀由主軸卡盤向尾架方向進(jìn)給， 這樣在加工過程中產(chǎn)生的軸向切削力使細(xì)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(xì)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(jìn)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(chǎn)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(chǎn)。

5.5采用磁力切削法車削細(xì)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(xì)長軸由于受到磁力拉伸的作用，可以減少細(xì)長軸加工時的彎曲變形，提高細(xì)長軸加工精度。

結(jié)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(jìn)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(xì)長軸剛性，盡可能減少車削時產(chǎn)生的受力、受熱變形較大的問題，是解決細(xì)長軸變形問題的關(guān)鍵。實踐證明：車削細(xì)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(dāng)?shù)睦鋮s潤滑，就可以保證細(xì)長軸的加工精度，避免返修，報廢情況的發(fā)生，提高工作效率，節(jié)約生產(chǎn)成本。

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