细长轴的加工

张 莉

（江苏联合职业技术学院徐州机电工程分院 江苏 徐州 221011）

1 细长轴的结构和加工特点

1.1 刚性差

由于工件长径比大，刚性较差，车削时易引起振动和弯曲变形，尺寸精度和表面粗糙度较难保证。

1.2 热变形大

由于细长轴在车削时散热差，线膨胀大，当工作两端顶起时易产生弯曲变形，而弯曲工件旋转时所产生的离心力，会加剧弯曲变形。

1.3 刀具磨损大

细长轴加工时，切削用量小，加工时间长，刀具磨损大，因而增大了工件的形状误差。

2 细长轴的装夹方法

2.1 两顶尖间安装细长轴

这种装夹方法没有装夹定位误差、容易保证工件的同轴度，但车削刚性差，容易产生振动，因而只适宜于长径比不太大，加工余量小，需要多次以两端顶尖孔定位来保证同轴度的工件加工。

2.2 一夹一顶装夹细长轴工件

在软件三爪上车出一条宽度为3—5mm的环形凸带（或在工件上绕一圈细钢丝），用以夹紧系长轴工件的一端，另一端用后顶尖支承。这种装夹方法可以使系长轴工件在自由状态下定位夹紧，定心精度高，可以克服三爪夹紧产生弯斜和限制四个自由度造成定心精度差的缺点。

2.3 一夹一拉装夹细长轴工件

两顶尖装夹和一夹一顶安装长轴工作，都不能削除中因热变形所产生的轴向伸长，从而导致工件弯曲变形。一夹一拉装夹细长轴工件时，工件在车削过程中始终受到轴向拉伸作用，并可用尾座手轮调整拉伸量，因而减少了细长轴车削时的弯曲变形。这是加工细长轴工件较理想的装夹方法之一。

2.4 使用中心架和跟刀架装夹细长轴

2.4.1 中心架的使用

把中心架安装在细长轴工件中间，能增强工件车削是的刚性一倍以上。但中心架不能直接安装在工件的粗基准跳动量很大的细长轴上，可以用过度套同安装细长轴的方法，使卡爪不直接与毛坯料表面接触。安装中心架不能一次车削细长轴工件的全长，所以适于精度要求不高火油多台阶的轴类尖加工。

2.4.2 跟刀架的使用

加工细长轴通常采用3支承爪跟刀架。通过3个支承爪和车刀抵住工件，使其上、下、前、后都不能径向移动，工件刚性得到提高，有效的承受了径向切削刀，使细长轴的切削加工顺利而平稳。

2.4.3 跟刀架的修磨

跟刀架的支承爪与支柱应配合紧密，不得松动，支承爪的材料一般为aa火钢（前端夹青铜、硬质合金）或为普通铸铁、尼龙1010。支承爪与工件加以修磨。起修磨方法一两支承爪呈90。并能作相对垂直移动的跟刀架为例说明如下：使用跟刀架前，在靠近卡盘或靠近顶尖处将工件表面粗车一段（长约45~60mm），表面粗糙度Ra值为10~20um，不得太光。让工件以400r/min左右的转速转动，将支承爪逐步压向工件表面研磨，顺序是先外侧爪，不加冷去润滑液，使支承爪与工件已加工的这一段表面反复进行研磨，直至弧面全面接触为止；然后用冷却液冲掉粉末，再研磨2~3min即可使用。

2.4.4 跟刀架的调整

修好跟刀架支承爪，选择好切削用量后开始粗车。车刀切入工件后，随即调整跟刀架的螺钉，在进给过程中轴向切入月20~30mm时，迅速地先将跟刀架外侧支承爪与工件已加工表面接触，再将上侧支承爪接触，最后拧紧紧固螺钉。

3 合理选择径车刀的几何角度

车削细长轴时，由于工件刚性差而对振动非常敏感，如果车刀的几何形状和角度选择不当，显然不能取得良好的效果。

3.1 选择车刀几何角度是主要考虑一下几点

3.1.1 为减少系长轴的弯曲变形，车刀的主偏角Kr=80度~93度，以减小径向切削分力。

3.1.2 为减小切削力，选择大前角 γo=15度~30度。

3.1.3 车刀前面应磨有R1.5~3mm的断屑槽，使切屑卷面折断。3.1.4 采用正的刃倾角，取λs=3度～10度,使切屑流向待加工表面。

3.1.5 刃口表面粗糙度要小（Ra＜0.4μm），经常保持锋利，且能提高车刀的耐用度。

3.1.6 刀尖圆弧半径γs＜0.3mm,刀刃的倒棱宽度应选得较小，约为进给量的一半（0.5f）.

3.2 车刀的安装

采用90细长轴车刀粗车，安装车刀应略高于工件轴线，使车刀后面与工件有轻微接触，以增加切削的平稳性。由于90偏刀在纵向进给过大时易“扎刀”，可将刀尖向右偏转2左右，即可克服“扎刀”现象。

3.3 精车细长轴切削用量的选择

采用YT15硬质合金车刀，υc=60～80m/min，Aρ=0.3～0.5mm,f=0.1～0.2mm/r.采用宽刃车刀进行薄屑精车细长轴工件时：v6υ=1.5m/min,Aρ=0.02～0.5mm,f=12～14mm/r.

3.4 细长轴车削中常见的质量问题及解决办法

3.4.1 弯曲产生的原因和解决办法，前面已有叙述。

3.4.2 锥度

产生锥度的主要原因是由于顶尖和主轴中心不同或刀具磨损。解决的办法是按前面调整机床尾座的方法调整机床，选用较好的刀具材料和采用合理的几何角度。

3.4.3 中凹度

细长轴产生中凹就是两头大、中间小现象，影响工件直线度要求。产生中凹的主要原因是刀架外侧支承爪压得太紧，在靠近后顶尖或车头处，因刚性钢强，支承爪顶部过来，故两头直径达；刀工件中间时，刚性相对较弱，支课程爪就从外侧顶过来而使吃刀变深，于是产生了中凹度。其解决方法主要是跟刀架外侧支承爪与工作表面接触事适宜，不要过紧或过松。

3.4.4 竹节形

竹节形式工件直径不等或表面等距不平的现象。产生这种现象的原因主要还是由于跟刀架外侧支承爪和工件接触过紧（或过松），或者由于顶尖精度差而造成的。在撤销工件时，支承爪接触工件过紧，将把工件顶向刀尖，从而增加了吃刀深度，使此工件直径变小。由于工件直径变小产生了间隙，当跟刀架行进到此处，切削时的景象力有吧工件推到和跟刀架支承爪接触，在这一过程中工件直径又变大。当跟刀架在行进带刺出事又会把工件推向刀尖，从而又使直径变小。这样不断重复，有规律地变化，使工件至今还一段大、一段小，形成竹节形。其解决办法，首先是选用精度较高的活尖兵采取不停车敢刀的方法，在进给的过程中，先轴向切入约20～30mm，如出现竹节形则应退刀，停止进给；然后松开跟刀架，采用宽切削刃刀具和打进给量的方法，对已经出现竹节形的部位再进行1～2加工行程，即可消除。消除之后重新调整值承爪，进行正常的进给车削。

3.4.5 振动波纹

振动波纹是进给过程中工件外圆出现的径向多棱或椭圆状态，由此将引起振动。其产生的原因是跟刀架紧固不好，支承爪弧面接触不良，上侧支承爪压得太紧使工件下垂，造成外侧支承接触产生变化。其次是顶尖轴承松动或不一圆，在开始吃刀时就有振动或椭圆所致。其解决方法：检查跟刀架紧固部分，修整支承爪弧面；选用结构合理、精度较高的活顶尖；跟刀架上侧支承爪轻轻接触工件表面，不要压得太紧。开始出现振动波纹，就要和出现竹节形现象一样，重新修整，待消除之后，再进行正常的进给车削。

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