細長軸的車削加工技巧

【摘 要】本文介紹了細長軸的加工特點，詳細分析了影響加工質量的各種因素，并從裝夾、刀具的幾何參數、加工方法等方面采取了系統有效的措施，保證達到細長軸的設計精度。

【關鍵詞】細長軸；刀具；裝夾；車削方法

1.細長軸的加工特點

（1）細長軸是指長徑比大于25的桿類零件。由于剛性差，在車削時徑向切削力使軸彎曲，中間切削量小，產生腰鼓形，影響工件精度。

（2）由于自重和切削力作用，使工件振動，圓柱度和粗糙度差。

（3）在高速旋轉時，由于離心力的作用，加劇了工件的彎曲和振動。

（4）細長桿長度過大，一次進時間長，切削熱大部分傳給工件，溫度升高，產生軸向伸長變形，使工件彎曲，影響加工質量。

例如：軸外圓?35、長度L=1200mm，材料為45。車削時工件溫度從室溫（21°C）升高到61°C（若工件冷卻不足，會達到100°C以上），工件伸長可達0.56mm，這個伸長量若不能從頂尖處釋放出來，就會產生偏心距0.56mm的變形，使軸中間部分嚴重超差，導致報廢。

2.車削細長軸的裝夾方法

細長軸的裝夾方法對質量影響非常大，下邊分別加以介紹。

（1）中心架。為提高剛性，在工件中間用一個甚至幾個中心架，使工件支撐點間的距離減少，使剛性提高幾倍，減小彎曲變形。當軸徑過小，或精度低，或異形時，可配過渡套，用調節螺釘調中心，過渡套外徑精度要高，粗糙度要低，中心架夾持過渡套，可方便裝夾，提高定位精度，特別是解決異形圓柱面的裝夾問題。安裝中心架的架位，在工件兩端用百分表測量合適后在架，架位先精車一刀，防止架偏。

（2）跟刀架。一般用兩只卡爪就可以了，但加工細長軸時，由于剛性差，工件本身的重力引起彎曲變形，所以跟刀架要做成三只卡爪，在下面多一個卡爪，三個爪和車刀共同撐著工件，使之上下、左右都不能移動，有利于車削加工。跟刀架和中心架的卡爪圓弧面要進行修整、研磨，使之與工件外圓吻合，其與工件接觸適宜，過緊過松都對車削不利。要以手感跟刀架已輕輕接觸為準。粗車時跟刀架在車刀后邊，精車時在車刀前邊，距離為20～30mm。

（3）鉆卡。在加工細鋼絲時，經常在尾座上裝一鉆夾，用鉆夾拉著鋼絲進行車削（反走刀），這種方法很實用，效果很好。

（4）彈性回轉頂尖。彈性回轉頂尖內部在向心軸承和推力軸承之間放置，有三片后2.5mm的蝶形彈簧，當工件受熱伸長變形時，可以使蝶簧壓縮變形，不會使工件彎曲變形，提高加工質量。用頂尖支撐時，應在軸的端面鉆一圓柱孔，頂尖與圓柱孔線接觸，可消除工件旋轉時憋勁現象，減少彎曲變形。

（5）卡盤。用卡盤夾持工件時，可在卡爪與工件之間墊入?4×20的三個鋼絲，形成線接觸，起到萬向節的作用，避免卡爪夾死現象而引起彎曲變形，從而提高加工精度。也可以用?4～?5的開口鋼絲圈套在工件上，達到線接觸的目的。在卡盤一端用雞心夾頭裝夾的方法也是常用的方法。

3.車刀的幾何參數

由于細長軸剛性差，對車刀的幾何參數有特殊要求，主要考慮以下幾點：

（1）選擇較大的前角，一般在15°～30°。前角過小，容易使切削力增加，切削變形大，切削溫度升高，使工件變形增加，精度下降。

（2）盡量增大主偏角，一般在75°～80°。主偏角越小，徑向力越大，工件易振動、彎曲。在精車時主偏角≥90°

（3）后角不易過大，一般在6°～8°。后角過大，加上前角較大，會使鍥角減小，刀具強度降低，切削時易產生振動。為了防振，還可以把刀尖圓角過渡刃處后角磨成0°，或將車刀刀尖安裝得高于工件中心0.5mm左右，也可防振。

（4）刀尖圓弧半徑要合適，一般在0.1～0.3mm，刀尖圓弧可提高刀尖強度，改善散熱條件，但過大將會增加振動使工件彎曲。

（5）磨卷屑槽。磨出寬度為1.5～3mm卷屑槽，可使切屑順利卷曲折斷，防止纏繞在軸上，要不斷去掉鐵屑，防止劃傷工件。

4.細長軸的切削方法

在單件小批生產中經常用反向進給法加工細長軸 。

（1）工件的裝夾。用卡盤夾持工件，在爪與工件間墊入?4×20的鋼絲，形成線接觸，起到萬向節的作用，避免彎曲變形。尾座用彈性回轉頂尖，工件熱膨脹時可有效補償熱脹伸長，工件不易彎曲。在軸的端面上鉆孔，使頂尖呈線接觸，消除憋勁現象，減少工件彎曲變形。

（2）采用三爪跟刀架。三爪中下面的一個采用彈簧支撐爪，其寬度為工件直徑的1～1.5倍，材料用鑄鐵或青銅制造。車削前卡爪的支撐面與工件研配。三個爪在車削時可平衡徑向力。

（3）反向進給。使用75°偏刀車削，從床頭向床尾進給，使工件受軸向拉力，Fx力較大，可有效地減小工件的徑向跳動，消除振動，提高加工質量。粗車時，采用較大的切削用量，盡量將加工余量一次車完，精車時，采用寬刃彈性可調節刀排，用低速、大進給量，效果良好。粗車時，進給量f=0.4mm/r，半精車時，f=0.15～0.2mm/r，車刀安裝在略高于中心0.1～0.2mm處，充分冷卻。精車時，用低速精車法，切削用量為：n=8～10r/min，f=8～12mm/r，背吃刀量αp=0.02～0.05mm，用硫化油或菜油與煤油混合液冷卻潤滑，粗糙度可達Ra0.8μm。

5.常見問題及對策

（1）彎曲度超差。造成原因有以下幾種現象：毛坯彎曲度過大；裝夾時頂尖頂的過緊；切削量過大，溫度過高，冷卻不均勻； 刀具幾何角度選擇不當；中心架卡爪過緊或過松。解決辦法有：毛坯先進行校直，調質后再校直；中心架卡爪和頂尖松緊程度要合適；刀具幾何參數要合理；切削量要小一些，增加進給次數；隨時掌握中心架卡爪磨損及接觸情況，加潤滑油；用乳化劑充分冷卻工件。

（2）出現“竹節形”。造成原因有以下幾種現象：跟刀架卡爪與工件外圓接觸不良；忽緊忽松，切削量忽大忽小；粗車時接刀不良，產生臺階；工件余量不均勻，產生不均勻的切削抗力。解決辦法有：跟刀架卡爪壓力要松緊合適；粗車時背吃刀量過大，導致讓刀嚴重；接刀均勻，防止跳刀現象；出現“竹節形”后，要多走幾刀消除，調整跟刀架卡爪，與竹節處輕輕接觸，逐步消除。

（3）出現“腰鼓。造成原因有以下幾種現象：跟刀架卡爪材料不當磨損嚴重，或接觸不良、接觸面太小；切削用量過大，背吃刀量大，抗力大，工件彎曲變形大。解決辦法有：卡爪用耐磨材料鑄鐵或青銅；調整跟刀架卡爪與工件的松緊要適當；提高切削速度，減小切削量，減小背心力。

（4）出現“多棱形”和“麻花形”。造成原因有以下幾種現象：跟刀架卡爪過松產生低頻率振動； 工件彎曲，切削余量不均。頂尖過緊，工件彎曲變形；切削熱使工件彎曲。解決辦法有：校直毛坯的彎曲度控制在0.1～1mm內；尾座刀尖不易過緊，最好用彈性頂尖；充分冷卻；調整切削用量，減少背吃刀量。

（5）出現錐度。造成原因有以下幾種現象：尾座頂尖與頂尖不平行；刀具磨損。解決辦法有：檢測、調整機床；用耐磨性的材料；用0°后角車刀。

（6）粗糙度。造成原因有以下幾種現象：車削時工件振動；刀具幾何參數不合適；切削量過大。解決辦法有：跟刀架卡爪用耐磨材料；刀尖用圓弧，也可用寬刃低速車刀；用小的走刀量。

6.結束語

細長軸由于其特殊的特點，和深孔一樣成為車削加工的一大難點，結合車削加工有關理論，總結了細長軸的加工技巧。為以后的細長軸加工提供了一定的思路和方法，易于普及。 [科]