浅谈车削加工细长轴的问题及解决方法

项 琰

(衢州市工程技术学校，浙江 衢州 324000)

"车工怕车杆"这句话反映出车削细长轴的困难。通常认为在机械中作旋转运动，长度大于直径的圆柱零件叫做轴，它是组成机械的重要零件之一，而长度与直径之比大于25的轴叫做细长轴。细长轴本身的刚性很差，而工件车削过程受切削力、切削热的影响，很容易产生变形和振动，而工件的自重和转动时的离心力，又将加剧其变形和振动，形状精度随之下降，表面粗糙度值增大。因此，采用反向进给车削，配合以最佳的刀具几何参数、切削用量、拉紧装置和轴套式跟刀架等一系列有效措施。 以提高细长轴的刚性，得到良好的几何精度和理想的表面粗糙度，保证加工要求。

一 细长轴加工的问题

（1）刚性差，在车削时候很容易受切削力和重力的作用而引起弯曲变形，产生振动，从而影响加工精度和表面质量。

（2）热变形伸长量大，在车削热的作用下，会产生相当大的线膨胀，当轴以高速旋转时，所引起的离心力会加剧轴的变形。

（3）在高速，小进给精车时，刀时易于磨损，从而影响工件的尺寸精度和形状精度。

（4）在进行精度要求高的细长轴磨削时，易产生腰彭形，很难达到加工精度和表面粗糙度。

二 细长轴加工的方法及具体措施

1选 择装夹方法

1）采用跟刀架和中心架。采用一夹一顶的装夹方式车削细长轴，为了减少径向切削力对细长轴弯曲变形的影响，传统上采用跟刀架和中心架，相当于在细长轴上增加了一个支撑，增加了细长轴的刚度，可有效地减少径向切削力对细长轴的影响。 在工件装上中心架之前,必须在毛坯中部车出一段支承中心架支承爪的沟槽,表面粗糙度及圆柱度误差要小,否则会影响工件的精度。车削时,中心架的支承爪与工件接触处应经常加润滑油。为了使支承爪与工件保持良好的接触,也可以在中心架支承爪与工件之间加一层砂布或研磨剂,进行研磨抱合。

2）一夹一顶的装夹法。采用一夹一顶的装夹方式。在该装夹方式中，如果顶尖顶得太紧，除了可能将细长轴顶弯外，还能阻碍车削时细长轴的受热伸长，导致细长轴受到轴向挤压而产生弯曲变形。另外卡爪夹紧面与顶尖孔可能不同轴，装夹后会产生过定位，也能导致细长轴产生弯曲变形.因此采用一夹一顶装夹方式时，顶尖应采用弹性活顶尖，使细长轴受热后可以自由伸长，减少其受热弯曲变形；同时可在卡爪与细长轴之间垫入一个开口钢丝圈，以减少卡爪与细长轴的轴向接触长度，消除安装时的过定位，减少弯曲变形。

3）双顶尖法装夹法。采用双顶尖装夹，工件定位准确，容易保证同轴度。但用该方法装夹细长轴，其刚性较差，细长轴弯曲变形较大，而且容易产生振动.因此只适宜于长径比不大、加工余量较小、同轴度要求较高、多台阶轴类零件的加工。

2.减 少工件的热变形伸长

车削时,由于切削热的影响,使工件随温度升高而逐渐伸长变形,这就叫"热变形"。在车削一般轴类时可不考虑热变形伸长问题,但是车削细长轴时,因为工件长,总伸长量长,所以一定要考虑到热变形的影响。由于工件一端夹住,一端顶住,工件无法伸长,因此只能本身产生弯曲。细长轴一旦产生弯曲后,车削就很难进行。减少工件的热变形主要可采取以下措施

1)使用弹性回转顶尖。用弹性回转顶尖加工细长轴,可有较地补偿工件的热变形伸长,工件不易弯曲，车削可顺利进行。

2)加注充分的切削液。车削细长轴时，不论是低速切削还是高速切削，为了减少工件的温升而引起热变形，必须加注切液充分冷却。使用切削液还可以防止跟刀架支承爪拉毛工件，提高刀具的使用寿命和工件的加工质量。

3)刀具保持锐利。以减少车刀与工件的摩擦发热。

3．合理选择车刀几何形状

为了减小车削细长轴产生的弯曲变形，要求车削时产生的切削力越小越好，而在刀具的几何角度中，前角、主偏角和刃倾角对切削力的影响最大。细长轴车刀必须保证如下要求：切削力小，减少径向分力，切削温度低，刀刃锋利，排屑流畅，刀具寿命长。刀具几何参数的合理选择，常常是实现稳定切削简便而行之有效的方法。

1)前角r0其大小直接着影响切削力、切削温度和切削功率，增大前角。可以使被切削金属层的塑性变形程度减小，切削力明显减小。增大前角可以降低切削力，所以在细长轴车削中，在保证车刀有足够强度前提下，尽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对振动强度的影响，当切削深度和进给量不变时，随着主偏角的增大，振幅将逐渐减小，这是因为径向切削力减小了，同时实际切削宽度aw将减小。在粗车削细长轴时取Kr=75～80°，精车时取Kr=85～90°的刀具进行切削，可避免或减小振动。

3)刃倾角(λs)倾角影响着车削过程中切屑的流向、刀尖的强度及3个切削分力的比例关系。随着刃倾角的增大，径向切削力明显减小，但轴向切削力和切向切削力却有所增大。刃倾角在-10°～+10°范围内比较合理。

4)后角a0。一般来说，后角对切削稳定性无多大影响，但当后角减小到2～3°时，使振动有明显的减弱，在生产中也发现，后刀面有一定程度的磨损后，会有显著的减振作用。

4合 理选择切削用量

1)切削深度(ap)。在工艺系统刚度确定的前提下，随着切削深度的增大，车削时产生的切削力、切削热随之增大，引起细长轴的受力、受热变形也增大。因此在车削细长轴时，应尽量减少切削深度。

2)进给量(f)。进给量增大会使切削厚度增加，切削力增大。但切削力不是按正比增大，因此细长轴的受力变形系数有所下降。如果从提高切削效率的角度来看，增大进给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。这是因为，随着切削速度的增大，切削温度提高，刀具与工件之间的摩擦力减小，细长轴的受力变形减小。但切削速度过高容易使细长轴在离心力作用下出现弯曲，破坏切削过程的平稳性，所以切削速度应控制在一定范围。对长径比较大的工件，切削速度要适当降低。

结论

细长轴的车削加工是机械加工中比较常见的一种加工方式。由于细长轴刚性差，车削时产生的受力、受热变形较大，很难保证细长轴的加工质量要求。通过采用合适的装夹方式和先进的加工方法,选择合理的刀具角度和切削用量等措施,可以保证细长轴的加工质量要求。

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