细长轴加工工艺研究

王海龙

（中铁工程装备集团有限公司，辽宁 沈阳 110000）

细长轴加工工艺研究

王海龙

（中铁工程装备集团有限公司，辽宁 沈阳 110000）

在机械加工过程中，有很多轴类零件的长径比L/d>25。在切削力、重力和顶尖顶紧力的作用下，横置的细长轴很容易弯曲甚至失稳，因此，车削细长轴时必须改善细长轴的受力问题。此外，在切削热的影响下，细长轴的加工也容易出现变形，影响加工。文章从力和热两个方面分析了细长轴加工质量的影响因素，并结合加工实际提出了有针对性的改进措施。

细长轴；变形；影响因素；措施

轴，是机械机器中常见的一种机械零件，主要用于支撑传动零件、承受载荷与传递扭矩和速度。轴的类型有很多，包括空心轴、曲轴、半轴、花键轴、凸轮轴、光轴、阶梯轴、偏心轴等。其中，轴的长径比小于5的称为短轴，长径比大于20的属于细长轴。轴类零件的材料常用45#钢，中等精度而转速较高的轴类零件可以选用40Cr合金结构钢，精度较高的轴类零件可选用轴承钢、弹簧钢或球墨铸铁材料，高转速、重载荷的轴类零件可以选用低碳合金钢、氮化钢作为材料。毛坯多为自由锻造、模锻或铸件。

1 问题的提出

由于细长轴本身刚性差（L/d值愈大，刚性越差），在车削过程中受到切削力、重力、切削热等因素的影响，容易产生弯曲变形以及震动、锥度、腰鼓形、竹节形等缺陷，难以保证加工精度，容易出现以下问题：①工件受切削力、自重和旋转时离心力的作用，会产生弯曲、振动，严重影响其圆柱度和表面粗糙度。②在切削过程中，工件受热伸长产生弯曲变形；车削就很难进行，严重时会使工件在顶尖间卡住。

因此，车细长轴是一种难度较大的加工工艺。虽然车细长轴的难度较大，但它也有一定的规律,主要抓住中心架和跟刀架的使用、解决工件热变形伸长以及合理选择车刀几何形状等三个关键技术，问题就迎刃而解了。

2 加工细长轴产生弯曲变形的因素分析

（1）力的作用导致变形。在车削过程中，产生的切削力可以分解为轴向切削力、径向切削力及切向切削力。不同的切削力对车削细长轴时产生弯曲变形的影响是不同的。径向切削力是垂直作用在通过细长轴轴线水平平面内的，由于细长轴的刚性较差，径向力将会把细长轴顶弯，使其在水平面内发生弯曲变形。轴向切削力是平行作用在细长轴轴线方向上的，它对工件形成一个弯矩。对于一般的车削加工，轴向切削力对工件弯曲变形的影响并不大，可以忽略。但是由于细长轴的刚性较差，其稳定性也较差，当轴向切削力超过一定数值时，将会把细长轴压弯而发生纵向弯曲变形。

（2）热的作用导致变形。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。

3 细长轴加工工艺的改进

（1）力的影响改进。轴是要承载和传递力矩的，因此支撑轴颈和配合轴颈是最重要的加工表面，轴上支承轴颈直接影响后轮轴的回转精度，轴上配合轴颈影响传动件安装后是否产生跳动，影响轴的同轴度。为保证加工轴的性能，要求轴的左右两边相关部分必须同轴，因为细长轴的长度较长，很难保证同轴度，所以通常采用一夹一顶的装夹方式，若轴的中间部分较细，可采用“套筒装夹”实现基准定位的方法进行装卡，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。主要表面的加工方法为达到精度要求，可采用粗车→半精车→精车的方法能够保证轴与轴承之间的过盈配合。还可以选择双刀加工，两把车刀，径向相对，前车刀正装，后车刀反装。两把车刀车削时产生的径向切削力相互抵消，工件受力变形和振动小，加工精度高，适用于批量生产。对细长轴车削应采用较高的切削速度，小的背吃刀量和进给量的办法，改善切削系统，增加工艺系统刚性。

（2）热的影响改进。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，加注切削液必须充分冷却。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。为减少切削热，车刀应该选择较大的前角，取r0=15°~30°。

4 结语

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，可以保证细长轴的加工质量要求。

［1］杨方.机械加工工艺基础［M］.西安：西北工业大学出版社，2002.

［2］傅水根.机械制造工艺基础（第3版）［M］.北京：清华大学出版社，2010.

Research on Long Spindle Machining Process

WANG Hai-long
（China Railway Engineering Equipment Group Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110000，China）

In the machining process，there are a lot of shaft parts length diameter ratio L/d>25.Under the action of the cutting force，gravity and the tip of the top，the slender shaft is easy to bend or even lose stability.In addition，under the influence of cutting heat，the processing of slender shaft is also prone to deformation，having an impact on the processing.This paper analyzes the factors affecting the machining quality of the slender shaft from two aspects of force and heat.

slender shaft；deformation；influencing factors；measures

TG506

A

2095-980X（2017）04-0037-01

2017-03-07

王海龙（1978-），男，辽宁锦州人，工程师，主要研究方向：掘进机产品研发。