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中細長（zhǎng）軸類工件的車（chē）削加工

2018-5-21 來源：江蘇大學基礎（chǔ）工程訓練中心作者：肖克霞葉益民

摘要（yào）：細長軸及細長軸螺紋加工是機（jī）械加（jiā）工中常見的較難車削的工件（jiàn），由於細長（zhǎng）軸剛性差，車削時產生的受力、受熱變形大，難保（bǎo）證加工廇量。通過（guò）采用合理的工裝、選擇合理的切削用（yòng）量以及較好的刀具角度，則可確保細長軸和細長軸蟬紋（wén）加工的質（zhì）量及其精度。

在機械加工中，許多零件的長度與直徑（jìng）之比大於２０--２５（l／D＞２０--２５），如車床光杆、絲杆、材料力學試驗台（本（běn）中心的主推產（chǎn）品（pǐn））中的吊杆（見圖１）等，這類零件（jiàn）統稱為細長軸。細長軸零件（jiàn）剛性差、抗彎能力弱，在車削過程中因受到（dào）切削力（lì）、重力及（jí）切削熱等因（yīn）素的影響而易發生彎曲變形，使零件形成錐度、腰鼓形、水波紋及竹（zhú）節紋等狀況（kuàng），不僅導致加工表麵質量嚴重惡（è）化（huà），還縮（suō）短了機床和刀具壽命。

１．細長（zhǎng）軸車削時產生變形（xíng）的原因分（fèn）析

在加工中，車削細長軸彎曲變形原因主要有（yǒu）：

（１）切削力導致變形。在車削過程中產生的切削力（lì）可分解為：軸向切削力（lì）廠、徑（jìng）向切削力Ｆｐ和（hé）主切削力Fzc。不同（tóng）的切削力對細（xì）長軸產生的彎曲變形影響是不一樣的。

軸向切削力Ｆ，．的影響。軸向切削力是平行作用在細（xì）長軸軸（zhóu）線方向的力，當軸向切削力超過一定數值時，就會把細長軸壓彎，從而使工（gōng）件發生縱向彎曲變形（一般短軸類加工（gōng）可忽略，它對工件彎曲變形的影響不（bú）是十分大）。

徑向切（qiē）削力ＦＰ的影響（見圖２）。徑向切削力是垂直作用在通過細（xì）長軸軸線水平平麵內的，由

於細長軸的剛性差，徑向力將會把細長（zhǎng）軸頂彎，使其在水平麵內發生（shēng）彎曲變形。

(2)切削熱產生的（de）影響。車削時，由於切削（xuē）熱的影響，工件隨溫度升高而逐漸伸（shēn）長變形，這種現象叫熱變形（xíng）。

工件長度熱伸長量公（gōng）式為（wéi）

通過上式可看出，工件吊杆在加工時會伸長0.267mm。而在車（chē）削時，卡盤和尾（wěi）架頂（dǐng）尖（jiān）是固定（dìng）的，這樣兩者之間的距離也是不變的（de），由於細長軸受熱後伸長量受到限製，從而（ér）導致細長軸（zhóu）受（shòu）到擠壓產生彎曲變形。因此，提高（gāo）細長軸的加工精（jīng）度，要解決工藝係統的受力和（hé）受熱變形。

2、解決細長軸車削過程中變形的工（gōng）藝方法

單位（wèi）的教學產品材料力學多功（gōng）能試驗台中有一根吊杆長760mm、直接14mm（見圖3），是（shì）一個比較典型的細（xì）長軸零件。在最初的加工（gōng）過程（chéng）中由於加工工藝（yì）的不合理，車出的工件很難達到圖樣的要求，使零件產生錐度、水（shuǐ）波紋及竹節紋等（見圖4）缺陷。通（tōng）過改進裝夾方（fāng）式、調整切削用量、改變切削方式等加工工藝的變化，最終加工出合格（gé）零件。

（1）采用（yòng）一夾一頂方（fāng）式。如果用普通頂尖，受切削熱影響，工件肯定受到軸向擠壓麵產生彎曲變形，所以頂尖采用（yòng）彈性活頂尖（見圖5）使長（zhǎng）軸受熱後可以自由伸長，提高加工精度。同時在卡盤卡爪與細長軸之間墊入一個約3--5mm的開口（kǒu）鋼圈，減小卡爪與細長軸的軸向接觸長度，消除裝夾時的過定位，從而減小彎曲變形（見圖6）。

采用滾珠接觸的跟刀架。生產中用跟刀架（jià）輔助（zhù）支撐，以增加工件（jiàn）剛性（xìng）和（hé）穩定性。普通跟（gēn）刀架兩爪支承（chéng），但由於工件本事（shì）的向下重力和工件校直不理想，車削時瞬時離（lí）開支承爪，接觸支承爪時就產生振動，易形成水波紋。最終選擇用滾珠接觸的三爪跟刀架，使（shǐ）工件上下左右移動受限製，隻能繞軸線旋轉（zhuǎn），減小（xiǎo）車（chē）削振動和工件（jiàn）變形，而且滾珠接觸的跟刀架將滑動摩擦變為滾動摩擦，可減小摩擦阻力（lì）。

使用跟刀（dāo）架時（shí）注意：1、主軸轉（zhuǎn）速不能過高，給支撐（chēng）爪上潤滑油，防止過度磨損。2、各（gè）爪（zhǎo）支撐力要調整合理，過鬆不（bú）能支撐，過緊影響工件形狀（zhuàng）精（jīng）度，容易出現竹節形兒影響加工質量。

采用一夾一頂方式，方法簡潔，不需過多（duō）的輔助工具（jù）和其他輔助加工。

（2）采用反向切削法車削（xuē）細長軸。切削（xuē）時車刀由卡盤向尾架方向進給，稱為反向切削法（見圖7）。這時在加工中產生的軸向切削力使細長軸承受拉力，消除（chú）軸向切削力引起的變形。

反向切削法在加工時，需預先（xiān）加工出一段過渡軸，但（dàn）不能保證其與加工（gōng）軸同軸，所以決定不（bú）采（cǎi）用。

（３）采用雙刀車削。雙刀車削（見圖８）是采（cǎi）用前後兩把車刀同時進行車削。兩把車刀徑向（xiàng）相對，前刀正裝，後刀反裝。車削時兩把刀產生的徑向切削力（lì）相（xiàng）互抵消，因此工件受力變形、振動都很小，加工（gōng）的精度好。但需要改裝車床中滑板，增加後置刀架，所以成本變高，隻適用於（yú）專業大批量生產。

（４）合理（lǐ）選擇（zé）切削用量。切（qiē）削速（sù）度（ｖ）的選擇。圖９所（suǒ）示為削速度（ｖ）的選擇。圖９所（suǒ）示為關係曲線。

從圖９中可看出，車削時ｖ—般在３０￣７０ｍ／ｍｉｎ的速度（dù）範圍內，容易產生振動，此（cǐ）時相應的振幅值較大（dà）；高於或低於這個範圍（wéi），振動呈現減弱趨勢。所以當加工直徑＜１５ｍｍ時，取ｖ＜３０ｍ／ｍｉｎ；當加工直徑＞１５ｍｍ時，取ｖ＞７０ｍ／ｍｉｎ。

進（jìn）給（gěi）暈／的選擇。在機床功率剛性許４情況下（xià）選大進給量。根據經驗，粗車時取戶0.１５ｍｍ／ｒ，半精車時／＝０．１ｍｍ／ｒ，精車戶０．０６ｍｍ／ｒ。

背吃刀（dāo）量（切削深度）的選擇。隨著切（qiē）削深度的增（zēng）大，車削時產生的切削（xuē）力、切削熱隨之（zhī）增大，起細長軸的（de）受力、受－熱變形也增大（dà），因此在細長軸加（jiā）工時（shí），應盡量減少切削深度。根（gēn）據

５）合理選擇刀具角度。刀具幾何角度中前角、主偏角和刃傾（qīng）角對切削力的影（yǐng）響最大。前角ｙ。。前角大小直（zhí）接影響切削力、切削溫度。增大前角可使被切（qiē）削金屬（shǔ）層的切削變形減小，通過試驗可知，當前

（６）細長（zhǎng）軸螺紋的（de）加工。細長軸螺紋（Ｍ１２以下）在機床上難以加工，通常采取的方式是用

板牙直（zhí）接套出來（見圖１０）。

加工時用普通板牙裝置（zhì）套螺紋，發現容易（yì）產生半邊切削，造成牙尖損壞、質量差（chà）、效率低和廢品率高的現象。現改裝普通板牙套如圖１０所示，以（yǐ）彌補存在（zài）的（de）不足，提高（gāo）細長軸螺紋的（de）加工精度。

超長螺杆（gǎn）套絲夾具包括工裝超長（zhǎng）螺杆（gǎn）套絲夾（jiá）具包括工裝（zhuāng）前麵有保（bǎo）證超長螺（luó）杆加工精（jīng）度的圓孔（圓孔主要起導向作用）和用來聯（lián）接圓孔的保持架，後麵（miàn）有固（gù）定板牙圓套，圓套上（shàng）有兩個螺紋孔（一個用來聯接支（zhī）撐杆，另一個用來（lái）旋轉緊固螺釘，使板牙固定在圓套上）。在加工超（chāo）長螺杆時，將棒料一端夾緊，另一端放在定位圓孔內（棒料直徑比圓孔直徑小０．０５￣０．１５ｍｍ），棒料旋轉，超長螺杆套絲夾具向前走，棒料經（jīng）過超長螺（luó）杆套絲夾具內板牙的加工，可加工出高精度的超長螺杆。

（７）材力架吊杆（gǎn）的車削方法。通過上述試（shì）驗分析，決定采用以下方法解決生產中（zhōng）出（chū）現的問題。

首先對（duì）機床進行了（le）兩方麵的調（diào）整：①車床主軸的調整（zhěng），車床主軸過鬆，很容易造成在車（chē）削過適當調緊，從而防止機床跳動和竄動（dòng）對零件加工的不利（lì）影響。②尾座（zuò）的調整，如果尾座（zuò）的中心線和主軸的（de）中心線不在一條水（shuǐ）平線上，產生同（tóng）軸度誤差，車出的工（gōng）件一定會出現錐度。

其次對零（líng）件的加工工藝進行分（fèn）析，確定了加工工藝（見附表（biǎo））。

經過上述辦法可解決吊杆生產中出現的問題，使產品合格（見圖１１）。

加工工藝

３．結語

通過對車削加工中影響細長軸加工質量因（yīn）素進行分析，將剛性差、抗彎能力弱及受熱彎曲變形（xíng）等問題，用調整機床的精度、改善（shàn）裝卡方式、正確（què）刃磨刀（dāo）具角度和選擇（zé）合理切削（xuē）用量等方法加以解決，從而有（yǒu）效地提高細長軸的加工質量，確保其（qí）加工精度。

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