提高細長軸加工精度的措施

摘 要:在機械加工中常遇到長徑比大于25的軸類零件，如機床的光杠、操縱杠等，這類軸統稱為細長軸。雖然細長軸形狀不復雜，但由于其剛性差，在車削加工中受到切削力、重力、熱變形的影響，易產生振動和彎曲變形，難以保證加工精度。

關鍵詞:切削熱熱變形伸長量切削力

中圖分類號:TH13文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(b)-0079-01

1 細長軸變形的因素

1.1 切削力

在車削加工中，切削力可分徑向切削力、軸向切削力、切向力，在這些分力中對工件變形影響最大的是徑向力，它可使細長軸沿徑向被頂彎，其次是軸向力較大時會引起細長軸的軸向彎曲。

1.2 切削熱

車削細長軸時，由于工件與刀具間的摩擦會產生大量的切削熱，使細長軸的溫度升高，從而使細長軸伸長，當其伸長量受到限制時，會使細長軸受到軸向擠壓而彎曲。

2 提高細長軸加工精度的工藝措施

2.1 細長軸裝夾方式

一般軸類在機床裝夾通常采用兩頂尖或一夾一頂的方式。但對于細長軸如果采用兩頂尖裝夾，由于受其自身重力的影響會產生彎曲，造成中心孔與頂尖接觸不良，在切削力的作用下或將細長軸頂出，造成脫落。故在實際車削加工中常采用一夾一頂裝夾細長軸。裝夾時在卡爪內墊上Ф3～Ф5mm的鋼絲圈，以使細長軸能自動調節其位置，避免在裝夾時產生彎曲力矩;后頂尖選用彈性活動頂尖，用以補償熱伸長量，但要求彈性活動頂尖的圓跳動量不大于細長軸公差的1/3倍。頂尖與中心孔接觸時，接觸力不能大，防止出現支頂變形。

2.2 輔助支撐的選擇

采用一夾一頂裝夾雖然對細長軸的熱變形伸長量起到了一定的補償，但在切削力作用下，細長軸會發生的徑向彎曲，為減小切削力對變形的影響，常選用中心架或跟刀架等輔助支撐來提高工件系統的剛性。

中心架:適用于細長軸長徑比不大，加工精度不高、允許分段切削或調頭切削的情況。使用時常在細長軸上切出一段圓柱面(稱為支撐軸頸)安放支撐爪。因支撐軸頸對于長徑比較大的細長軸來說加工困難，故此在車削細長軸時常用跟刀架。

跟刀架:跟刀架有兩爪跟刀架和三爪跟刀架。車削加工中細長軸除承受切削力外，還要承受自身的重力作用，而兩爪跟刀架在支承細長軸時，會因重力作用瞬時離開支承爪，而產生振動。如果選用三爪跟刀架，細長軸被固定在三個支撐爪和刀具之中，不僅能夠減小徑向切削力產生的變形，而且能夠抵消由于自重引起的變形，車削時不易產生振動，切削穩定性好。

因此，在車削細長軸時為提高工件系統的剛性，一般選擇三爪跟刀架。

2.3 刀具幾何角度的選擇

車削細長軸時，由于工件系統的剛性差，為減小切削加工中，因切削力影響而產生的振動和熱變形，在加工前應對刀具的幾何角度進行合理選擇和修磨。

(1)主偏角:車刀的主偏角是影響徑向切削力的重要因素，主偏角越大，徑向切削力越小。因此，車削細長軸時常選用大主偏角的刀具進行加工，主偏角一般取在85°～93°之間。

(2)前角:前角主要影響切削力的大小。前角越大則切削力越小，因此在刀具強度允許的情況下盡量選擇較大的前角，以減小切削力。故在車削細長軸時應選擇大前角，通常取在15°～30°之間。

(3)刃傾角:為保證刀具容易切入工件和減小切削力，加工細長軸時刃傾角通常選擇在5°～15°之間。

(4)刀尖圓弧:刀尖圓弧起保證刀具鋒利、改善刀尖散熱和增強刀尖強度的作用。在車削細長軸時，為減小切削力、防止產生振動，一般將刀尖圓弧刃磨的較小，其大小應不大于0.3mm。

2.4 改善切削受力的措施

切削加工中，軸向切削力對剛度較高的軸類工件可忽略不計，但在細長軸加工中由于工件系統的剛性較差、車削不穩定，軸向力可將細長軸沿軸頂彎。因此在細長軸加工中常采用反向切削法車削。

反向切削法是使刀具沿車床導軌，由卡盤向尾座方向進給。這種切削方式可使細長軸始終承受軸向拉力的作用，解決了軸向切削力把細長軸頂彎的問題，同時也減小了由于徑向切削力作用而引起的切削變形問題。

2.5 補償熱變形伸長量的措施

(1)切削用量的合理選擇:切削用量對切削加工產生切削熱的多少，具有不同的影響程度，其中切削速度對切削熱的產生影響最大。因此在車削細長軸時應根據加工性質、工件材料等進行合理選擇，對硬質合金刀具來說，一般切削速度控制在450～750r/min之間。

(2)用彈性活動頂尖補償:當細長軸在車削過程中，受切削熱作用產生伸長時，通過彈性活動頂尖內的碟形彈簧受到壓縮，使頂尖自動后退，從而進行補償，細長不易產生彎曲，使車削加工順利進行。

(3)充分澆注切削液:車削細長軸時，應在支撐爪與工件摩擦部位澆注冷卻油或切削液;同時對切削區進行充分澆注切削液，減少熱量的產生和向工件傳導，可有效控制細長軸的溫度上升，從而抑制熱變形伸長量。

細長軸雖然剛性差，但通過合理的裝夾、選擇輔助支撐，正確的修磨刀具，選用適宜的加工方法和切削用量等措施，都能夠有效的避免熱伸長變形、振動，從而獲得滿意的加工效果。

參考文獻

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