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中細長軸類工件的車削加工

2018-5-21 來源：江蘇大學基礎工程訓練中心作（zuò）者：肖克霞葉益（yì）民（mín）

摘要：細長軸及細長軸螺紋（wén）加工是機械加工中常見的較難車削的工件，由（yóu）於細長軸剛性差，車（chē）削時產生的受力、受熱變（biàn）形大，難保證加工廇量。通過采用合理的工裝、選擇合理的切削用量以及較好（hǎo）的刀具角（jiǎo）度，則可確保細長軸和（hé）細長軸蟬紋加工的質量及其精（jīng）度。

在機械加（jiā）工中，許多零件的長度（dù）與直徑之比（bǐ）大於２０--２５（l／D＞２０--２５），如車床光杆、絲杆、材（cái）料力學試驗台（本中心的主推產品）中（zhōng）的吊杆（見圖１）等，這類零件統稱為細（xì）長軸（zhóu）。細長軸零件剛（gāng）性差、抗（kàng）彎能力（lì）弱，在（zài）車削過程中因受到切削力、重力及切削熱等因（yīn）素的影響而易發生彎曲（qǔ）變形，使零件形成錐度、腰鼓形、水波紋（wén）及竹節紋等狀況，不僅（jǐn）導致加工表麵質量嚴重惡化，還縮短了機床和刀具壽命。

１．細長軸車削時產生變形的原因分析（xī）

在加工中，車削細長軸彎曲變形原因（yīn）主要有：

（１）切削（xuē）力（lì）導致（zhì）變形。在車削過程中產生的切削力可分解（jiě）為：軸向切削力廠、徑向切削力Ｆｐ和主切（qiē）削力（lì）Fzc。不同（tóng）的切削力對（duì）細長軸產（chǎn）生的（de）彎曲變形影響是不一樣的。

軸（zhóu）向切削力Ｆ，．的影響。軸向切削力是平行作用在（zài）細（xì）長軸軸線方向的力，當軸向（xiàng）切削力超過一定數值時，就會把細長（zhǎng）軸壓彎，從而（ér）使（shǐ）工件發生縱向（xiàng）彎曲變形（一般短軸類加工可忽略，它對工件彎曲變形（xíng）的影響不是十分大）。

徑向切削力ＦＰ的影響（見圖（tú）２）。徑向切削力是垂（chuí）直作用在通（tōng）過細長軸軸線水（shuǐ）平（píng）平麵內的，由

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

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

工件長度熱（rè）伸長量公式為

通過上式可（kě）看出，工件吊杆在加工時會伸長0.267mm。而在車削時，卡盤和尾架頂尖是固定的（de），這樣兩者之間的（de）距離也是不變的（de），由於細長軸受熱（rè）後（hòu）伸（shēn）長量受到（dào）限製，從而導致細長軸（zhóu）受到擠壓產生彎曲變形。因此，提高細長軸的加工精度，要解決工藝係統的受力和受熱變（biàn）形。

2、解決細長軸車削過程中變形的工藝方法

單位的教學產品材料力學多功能試驗台中有一根吊杆（gǎn）長760mm、直接14mm（見圖3），是一個比較典型的細（xì）長軸零件。在最初的加（jiā）工過程中由於加工工藝的不合（hé）理（lǐ），車出的工件很難達到圖樣的要求，使零件產生錐度、水波（bō）紋及（jí）竹節紋等（見圖4）缺陷。通過（guò）改進（jìn）裝夾方式、調整切削用量、改變切削方式等加工工藝的變化，最終加工出合格零件。

（1）采用一夾一頂方（fāng）式。如果用普通頂尖（jiān），受切削熱影響，工件肯定受（shòu）到軸向擠壓麵產生彎（wān）曲變形，所以頂尖采用彈性活頂尖（見圖5）使長（zhǎng）軸受熱後可以自由（yóu）伸長（zhǎng），提高加工精度。同時（shí）在卡盤卡（kǎ）爪與細長軸之間墊入（rù）一個約（yuē）3--5mm的開口鋼圈，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（jiē）觸的跟刀架。生產中用跟刀架輔助支撐，以增加工件剛性和穩定性。普通跟刀架兩爪（zhǎo）支承，但由於工件本（běn）事的向下重力和工件校直不理想，車削時瞬時離開支承爪，接觸支承爪時就產生振動，易（yì）形成水波紋。最終選（xuǎn）擇用滾珠接（jiē）觸的三爪跟（gēn）刀架（jià），使工件（jiàn）上（shàng）下左右移動受限製，隻能繞軸線旋轉，減小車削振動和工件（jiàn）變形，而且滾珠接（jiē）觸（chù）的跟刀架（jià）將滑動摩（mó）擦（cā）變為滾動摩擦，可減小摩擦阻力。

使用跟刀架時注意：1、主軸轉速不能過（guò）高，給支撐爪上潤滑油，防止過度磨損。2、各爪支撐力要調整合理，過鬆不能支撐，過緊影響工件形狀精度，容易出現竹節形兒影（yǐng）響加工（gōng）質量。

采用一夾一頂方式，方法簡潔，不（bú）需過多的輔助工具（jù）和其他輔助（zhù）加工。

（2）采用反向切削（xuē）法車削細長軸。切削時車刀由卡盤向尾架方（fāng）向進給（gěi），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，消除軸向切削力引起的變形。

反向切（qiē）削法在加工時，需預先加工出一段過（guò）渡軸，但不能保（bǎo）證其與（yǔ）加工軸同軸，所以決定不采用。

（３）采用雙刀車削。雙刀車削（見圖８）是采用前後（hòu）兩把車刀同時進行車削。兩把車刀徑向相對，前刀正裝，後刀反裝。車削時（shí）兩把（bǎ）刀（dāo）產生的徑向切削（xuē）力相互抵消，因此（cǐ）工件受力（lì）變形、振動都很小，加工的（de）精度好。但需要改裝車床中滑板（bǎn），增加後置（zhì）刀（dāo）架，所以成本變高（gāo），隻（zhī）適用於（yú）專業大批量生產。

（４）合理選擇切削用量（liàng）。切削速度（dù）（ｖ）的選擇。圖９所示為削速度（ｖ）的選擇。圖（tú）９所示為關係曲線。

從圖９中可看出，車削時ｖ—般（bān）在３０￣７０ｍ／ｍｉｎ的速度範圍（wéi）內，容易產生振動，此時相應的振幅值（zhí）較大；高於或低於這個範圍，振動呈現減弱趨勢。所以當（dāng）加工直（zhí）徑＜１５ｍｍ時，取ｖ＜３０ｍ／ｍｉｎ；當加工直徑（jìng）＞１５ｍｍ時，取ｖ＞７０ｍ／ｍｉｎ。

進給暈（yūn）／的選擇。在機床功率剛性許４情況下（xià）選大進給量。根據（jù）經驗，粗車時（shí）取戶0.１５ｍｍ／ｒ，半精車時／＝０．１ｍｍ／ｒ，精車戶０．０６ｍｍ／ｒ。

背吃刀量（liàng）（切削深度）的選擇。隨著切削（xuē）深度的增大，車削時產生的切削力、切削熱隨之增大，起細長軸的（de）受力、受－熱變形也增大，因此在細長軸加工（gōng）時，應盡量減少切削深度（dù）。根據（jù）

５）合（hé）理選擇刀具（jù）角（jiǎo）度。刀具幾何角度中前角、主偏角和刃傾角對切削力的（de）影響最大。前角ｙ。。前角大小直接影響切削力、切削溫度。增大前角可使被切削金屬層的切削變（biàn）形減小，通過（guò）試驗可知，當（dāng）前（qián）

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

板牙直接套出來（見（jiàn）圖（tú）１０）。

加工時用普通板牙裝（zhuāng）置套螺紋，發現容易產生半邊切削，造成牙尖損壞（huài）、質量差（chà）、效率低（dī）和廢品率高的現象。現改裝普通板牙套如圖１０所（suǒ）示，以彌補存在的不足，提高細長軸螺紋的（de）加工精度。

超長螺杆套絲夾具包括工裝超長螺杆套絲夾具（jù）包括工裝前麵有保證超長螺杆加工精度的圓孔（圓孔主要起導向作用）和用來聯接圓孔的保持架（jià），後麵有固定板牙圓套，圓套（tào）上有兩個（gè）螺紋孔（一個用來聯接支撐杆，另一個用（yòng）來旋轉緊固螺釘，使板牙固定在圓（yuán）套上）。在加工超長螺杆時，將棒料一端夾緊，另一端放在（zài）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（zhǎng）螺杆（gǎn）套絲夾具向前走（zǒu），棒料經過超長螺杆（gǎn）套絲（sī）夾具內板牙的加工，可（kě）加工出高精度的超長螺杆。

（７）材力架吊杆的車削方法。通過上述試驗分析，決定采（cǎi）用以下方法解決生（shēng）產中出現的問（wèn）題。

首先對機床進（jìn）行了兩方麵的調整：①車床主軸的調（diào）整，車床主（zhǔ）軸過鬆，很容易造成在車削（xuē）過（guò）適當調緊，從而防止機床跳動和竄動對（duì）零件加工的不（bú）利（lì）影響。②尾座的調整，如果尾座的中心線和主軸的中心（xīn）線不在一條水平線上，產生同軸度誤差，車出的（de）工件一定會出現錐度。

其次（cì）對零件的加工工藝進行分析，確定了加工工藝（見附表）。

經過上述辦法可解決吊（diào）杆生產中出（chū）現的問題，使產品合格（見圖１１）。

加工工（gōng）藝

３．結（jié）語（yǔ）

通過對車削加工中影響細長軸加（jiā）工質量因素（sù）進行分析，將剛性差（chà）、抗彎能力弱及受（shòu）熱（rè）彎曲變形等問題，用調（diào）整機床的精度、改善裝卡方式、正（zhèng）確刃磨刀具角度和選擇合理切削用量等方（fāng）法（fǎ）加以（yǐ）解決，從而有效地提高細長軸的（de）加工（gōng）質量，確保其加（jiā）工精度。

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