細長軸車削工藝技巧

【摘 要】細長軸直徑尺寸小、長度尺寸大，長度尺寸與直徑尺寸之比大于25，工件剛性差、軸向熱形伸縮量大，車削加工過程中容易產(chǎn)生振動現(xiàn)象、容易出現(xiàn)竹節(jié)形變形。如何采取工藝措施增強工件剛性、減少和補償工件軸向熱變形伸縮，是保證細長軸車削加工質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)難題。

【關(guān)鍵詞】細長軸；剛性；熱變形伸縮

某設(shè)備上的光杠長度為750mm、直徑？覫25mm、加工精度等級IT9，圓柱度公差為？覫0.1mm、表面粗糙度Ra3.2。工件材料為45#鋼，毛坯直徑為？覫30mm。工件長徑比達到1：30、剛性極差，工件長度方向熱鼓脹伸縮量也較大，受切削熱影響工件溫度變化30oC時，其長度伸縮量達△L=11.5×10-6（1/oC）×750（mm）×30（oC）=0.26（mm），工件加工難度較大。要保證工件的車削加工質(zhì)量必須解決兩大關(guān)鍵技術(shù)難題：一是，設(shè)法增強工件剛性、削除車削振動；二要，有效減少和補償工件熱變形伸縮。可采取以下技術(shù)措施，解決車削加工技術(shù)難題。

1 采用跟刀架增強工件剛性

細長軸剛性特別差，車削加工過程中極易引起振動，必須設(shè)法增強工件剛性。增強工件整體剛性難度很大，也沒有必要，只須增強工件車削部位的局部剛性，就能達到改善加工質(zhì)量的目的。采用跟刀架支撐工件，是增強局部剛性極為有效的措施。常用的跟刀架有兩爪跟刀架和三爪跟刀架。此處工件長徑比不是特別大，選用操作較為簡便的兩爪跟刀架完全以滿足加工要求，如圖1所示。使用跟刀架時應(yīng)注意，跟刀架必須牢固安裝在中滑板上，支撐爪支撐在車刀附近、工件已加工表面上，增強工件加工部位的局部剛性。支撐爪支頂力應(yīng)大小適當(dāng)，支撐力如果太小就起不到應(yīng)有的支撐作用、會引起車削振動。如果支撐力太大，則會引起工件產(chǎn)生竹節(jié)形變形。支撐爪調(diào)好之后，應(yīng)鎖緊支撐爪，防止其產(chǎn)生松動。跟刀架支撐工件的部位如圖2所示。

2 減少和補償工件熱變形伸長

受切削熱影響，工件會在軸向產(chǎn)生較大的熱變形伸縮，影響細長軸加工質(zhì)量，可采取以下措施減少和補償工件熱變形。

2.1 澆注切削液減少工件熱變形

車削細長軸時，可以加注5%左右低濃度、冷卻性能良好的水溶性乳化液，吸收大量切削熱，盡可能降低工件加工過程的溫度變化，減少工件熱變形。切削液必須大流量、連續(xù)澆注在工件切削區(qū)，有效吸收切削熱。

2.2 采用彈性回轉(zhuǎn)頂尖補償工作熱變形

使用切削液可以減少、但不能消除工件熱變形。工件溫度升高時，長度伸長，會引起工件產(chǎn)生彎曲變形；溫度降低時，工件長度縮短，后頂針與工件中心孔之間會產(chǎn)生間隙，引起切削振動。因此工件熱變形伸縮，會嚴重工件加工的尺寸精度、形狀精度和表面加工質(zhì)量。使用彈性活動頂針，可以有效補償工件因溫度變化引起的熱變形伸縮，使后頂針與工件中孔始終保持良好接觸，防止工件產(chǎn)生彎曲變形或后頂針支頂松動，保證加工質(zhì)量。

3 其他工藝技巧

車削細長軸時，為保證加工質(zhì)量，還須采取一系列技術(shù)措施。

3.1 合理裝夾工件

車削細長軸，可以采取一頂一夾的方式裝夾工件，左端用自定心卡盤裝夾，右端用彈性活動頂針支頂，車削加工部位采用跟刀架支撐。用自定心卡盤夾持工件時，在工件上繞一圈直徑？覫3mm的鋼絲，減少卡盤與工件之間的接觸面，如圖2所示，防止因過定位而使工件在旋轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)扭動，影響加工質(zhì)量。

3.2 合理選擇車刀參數(shù)

車刀可選用YT15硬質(zhì)合金焊接式車刀，車刀幾何形狀和幾何參數(shù)如圖3所示。

（1）前角。車刀可選用15o～20o前角，前刀面刃磨成圓弧屑槽，配合適當(dāng)?shù)那邢饔昧浚骨行夹纬梢欢ㄩL度的卷筒形切屑，并自行折斷，保持切削力穩(wěn)定。

（2）主偏角。車刀選用75o主偏角，車削時產(chǎn)生一定量的徑向水平分力，與水平跟刀架水平支撐爪支撐力相對應(yīng)，使跟刀架能穩(wěn)定支撐工件。

（3）刃傾角。車刀可選用3o～5o刃傾角，以減少切削力，并控制切屑穩(wěn)定流向待加工表面。

（4）為使車刀鋒利，減少切削力，車刀主切削刃倒棱可取較小值約0.5mm，刀尖圓弧半徑也取較小值約0.3mm。

3.3 合理選擇切削用量

車削細長軸時，因工件的剛性較差，不宜選擇太大的切削用量。

粗車時，切削速度可選v=50m/min，背吃刀量可選αp=2mm，進給量可選f=0.4mm/r。

半精車時，切削速度約v=60m/min，背吃刀量約αp=1mm，進給量約f=0.3mm/r。

精車時，可選切削速度約v=80m/min，背吃刀量約αp=0.3mm，進給量選f=0.2mm/r。

3.4 減少工件振動

工件直徑小、長度長，高速旋轉(zhuǎn)時工件懸空部位難免會產(chǎn)生振動，若振動幅度較大，可在細長軸上懸掛適量重物，抑制工件振動，此方法操作簡便、行之有效，如圖4所示。

3.5 預(yù)防竹節(jié)形變形

竹節(jié)形變形是車削細長軸時比較常見的現(xiàn)象。細長軸產(chǎn)生竹節(jié)形變形的主要原因是跟刀架支撐爪支撐過緊，尤其是水平支撐爪支撐力度過大時，會將工件壓向車刀，背吃刀量加大，工件直徑尺寸變小，當(dāng)跟刀架支撐爪移動動至此處時，支撐爪壓力變小，出現(xiàn)讓刀，使工件尺寸變大，如此往復(fù)循環(huán)，細長軸就出現(xiàn)了竹節(jié)形變形。預(yù)防細長軸發(fā)生竹節(jié)形變形的辦法，是控制好跟刀架支撐爪的支撐力，切忌過大，這需要操作者在加工實踐中不斷摸索、總結(jié)。

實踐證明，車削細長軸關(guān)鍵要解決工件剛性問題和工件熱變形伸縮問題。既要用好跟刀架、彈性活動頂針等機床附件，合理選用切削液，也要掌握工件的裝夾技巧、車刀及切削用量選擇技巧，有效增強工件加工部位局部剛性、減少和補償熱變形伸縮，防止工件出現(xiàn)振動及竹節(jié)形變形等現(xiàn)象，才能保證細長軸的車削加工質(zhì)量。

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[責(zé)任編輯：周娜]