淺談車削加工細長軸的問題及解決方法

項 琰

(衢州市工程技術學校，浙江 衢州 324000)

"車工怕車桿"這句話反映出車削細長軸的困難。通常認為在機械中作旋轉運動，長度大于直徑的圓柱零件叫做軸，它是組成機械的重要零件之一，而長度與直徑之比大于25的軸叫做細長軸。細長軸本身的剛性很差，而工件車削過程受切削力、切削熱的影響，很容易產生變形和振動，而工件的自重和轉動時的離心力，又將加劇其變形和振動，形狀精度隨之下降，表面粗糙度值增大。因此，采用反向進給車削，配合以最佳的刀具幾何參數、切削用量、拉緊裝置和軸套式跟刀架等一系列有效措施。 以提高細長軸的剛性，得到良好的幾何精度和理想的表面粗糙度，保證加工要求。

一 細長軸加工的問題

（1）剛性差，在車削時候很容易受切削力和重力的作用而引起彎曲變形，產生振動，從而影響加工精度和表面質量。

（2）熱變形伸長量大，在車削熱的作用下，會產生相當大的線膨脹，當軸以高速旋轉時，所引起的離心力會加劇軸的變形。

（3）在高速，小進給精車時，刀時易于磨損，從而影響工件的尺寸精度和形狀精度。

（4）在進行精度要求高的細長軸磨削時，易產生腰彭形，很難達到加工精度和表面粗糙度。

二 細長軸加工的方法及具體措施

1選 擇裝夾方法

1）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，傳統上采用跟刀架和中心架，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。 在工件裝上中心架之前,必須在毛坯中部車出一段支承中心架支承爪的溝槽,表面粗糙度及圓柱度誤差要小,否則會影響工件的精度。車削時,中心架的支承爪與工件接觸處應經常加潤滑油。為了使支承爪與工件保持良好的接觸,也可以在中心架支承爪與工件之間加一層砂布或研磨劑,進行研磨抱合。

2）一夾一頂的裝夾法。采用一夾一頂的裝夾方式。在該裝夾方式中，如果頂尖頂得太緊，除了可能將細長軸頂彎外，還能阻礙車削時細長軸的受熱伸長，導致細長軸受到軸向擠壓而產生彎曲變形。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.因此采用一夾一頂裝夾方式時，頂尖應采用彈性活頂尖，使細長軸受熱后可以自由伸長，減少其受熱彎曲變形；同時可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。

3）雙頂尖法裝夾法。采用雙頂尖裝夾，工件定位準確，容易保證同軸度。但用該方法裝夾細長軸，其剛性較差，細長軸彎曲變形較大，而且容易產生振動.因此只適宜于長徑比不大、加工余量較小、同軸度要求較高、多臺階軸類零件的加工。

2.減 少工件的熱變形伸長

車削時,由于切削熱的影響,使工件隨溫度升高而逐漸伸長變形,這就叫"熱變形"。在車削一般軸類時可不考慮熱變形伸長問題,但是車削細長軸時,因為工件長,總伸長量長,所以一定要考慮到熱變形的影響。由于工件一端夾住,一端頂住,工件無法伸長,因此只能本身產生彎曲。細長軸一旦產生彎曲后,車削就很難進行。減少工件的熱變形主要可采取以下措施

1)使用彈性回轉頂尖。用彈性回轉頂尖加工細長軸,可有較地補償工件的熱變形伸長,工件不易彎曲，車削可順利進行。

2)加注充分的切削液。車削細長軸時，不論是低速切削還是高速切削，為了減少工件的溫升而引起熱變形，必須加注切液充分冷卻。使用切削液還可以防止跟刀架支承爪拉毛工件，提高刀具的使用壽命和工件的加工質量。

3)刀具保持銳利。以減少車刀與工件的摩擦發熱。

3．合理選擇車刀幾何形狀

為了減小車削細長軸產生的彎曲變形，要求車削時產生的切削力越小越好，而在刀具的幾何角度中，前角、主偏角和刃傾角對切削力的影響最大。細長軸車刀必須保證如下要求：切削力小，減少徑向分力，切削溫度低，刀刃鋒利，排屑流暢，刀具壽命長。刀具幾何參數的合理選擇，常常是實現穩定切削簡便而行之有效的方法。

1)前角r0其大小直接著影響切削力、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，所以在細長軸車削中，在保證車刀有足夠強度前提下，盡量使刀具的前角增大，前角一般取γ0=15°。

2)主偏角Kr。主偏角Kr對振動強度的影響，當切削深度和進給量不變時，隨著主偏角的增大，振幅將逐漸減小，這是因為徑向切削力減小了，同時實際切削寬度aw將減小。在粗車削細長軸時取Kr=75～80°，精車時取Kr=85～90°的刀具進行切削，可避免或減小振動。

3)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。隨著刃傾角的增大，徑向切削力明顯減小，但軸向切削力和切向切削力卻有所增大。刃傾角在-10°～+10°范圍內比較合理。

4)后角a0。一般來說，后角對切削穩定性無多大影響，但當后角減小到2～3°時，使振動有明顯的減弱，在生產中也發現，后刀面有一定程度的磨損后，會有顯著的減振作用。

4合 理選擇切削用量

1)切削深度(ap)。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。

2)進給量(f)。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)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。

結論

細長軸的車削加工是機械加工中比較常見的一種加工方式。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,可以保證細長軸的加工質量要求。

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