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中細長軸類（lèi）工件的車削（xuē）加工

2018-5-21 來（lái）源（yuán）：江蘇大（dà）學基礎工（gōng）程訓練（liàn）中心作者：肖克霞葉（yè）益民

摘要：細長軸及細長軸（zhóu）螺紋加（jiā）工是機械加工（gōng）中常見的較難車削的工件，由於細長（zhǎng）軸剛（gāng）性差，車削時產生的受力、受熱變形大，難保證加工廇量（liàng）。通過采用合理的工裝、選擇合理的切削用量以及較（jiào）好的刀具角度，則可確保細長軸和細長（zhǎng）軸蟬紋加（jiā）工的（de）質量（liàng）及其精度（dù）。

在機械加工中，許多零件的長（zhǎng）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（tái）（本中心（xīn）的主推產品）中的吊杆（見圖１）等（děng），這類零件統稱（chēng）為細長軸。細長軸零件剛性差、抗彎能（néng）力弱，在車削（xuē）過程中因受到切削力、重力（lì）及切削熱等因素的影響而易發生彎曲變形，使零件形成錐度、腰鼓形、水波紋及竹節紋等狀況（kuàng），不僅導致（zhì）加工表麵質量嚴重惡化，還縮短了機床和刀具壽（shòu）命。

１．細（xì）長軸車削（xuē）時產生（shēng）變形的原因分析

在加工中，車削細長軸彎曲變形原因（yīn）主要有：

（１）切削力導（dǎo）致變（biàn）形。在車削過程中產生的切削力可分（fèn）解為：軸向切削力廠、徑向切削力Ｆｐ和主切削力Fzc。不同（tóng）的切削（xuē）力（lì）對細長軸產生的彎曲變形影響（xiǎng）是不一樣的。

軸向切（qiē）削力Ｆ，．的影響。軸向切削力是平行作用在細長軸軸線方向（xiàng）的（de）力（lì），當（dāng）軸向切（qiē）削力超過一定數值時，就會把細長軸壓彎，從而使（shǐ）工件發生縱向彎曲變形（一般短軸類加工可忽略，它對工件彎曲（qǔ）變形的影（yǐng）響不是十分大）。

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

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

(2)切削熱產生的（de）影響。車削（xuē）時，由於切削熱（rè）的影響，工件隨（suí）溫度升高而逐漸伸長（zhǎng）變形，這種現象（xiàng）叫熱變形。

工件長度熱伸長量公（gōng）式（shì）為

通（tōng）過上式可看出，工件吊杆在加（jiā）工時會伸長0.267mm。而在（zài）車削時，卡盤和（hé）尾架頂尖是固定的，這樣兩者之間的距離也是不（bú）變的，由於細長軸受熱後伸長量受到限製，從而導致細（xì）長軸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（gōng）藝係統的受力和（hé）受（shòu）熱變形。

2、解決細長（zhǎng）軸（zhóu）車削過程中變形的工藝方法

單位的教學（xué）產品材料力學多功能試（shì）驗台中有一根吊杆長760mm、直接14mm（見圖3），是一個比較典型的細長軸零件。在最初的加（jiā）工過程中由（yóu）於加工工藝的不（bú）合（hé）理，車出的工件很難達到圖樣的要求，使零件（jiàn）產生錐（zhuī）度、水波紋及竹節紋等（見圖4）缺陷。通過改進裝夾方（fāng）式、調整切削用量、改變切削方式等加工工藝的變化，最終加工出合格零件。

（1）采用一夾一頂方（fāng）式。如（rú）果用普通頂尖（jiān），受切削熱影（yǐng）響，工件肯定受到軸向擠壓麵產（chǎn）生彎曲變（biàn）形，所以頂尖采用彈性活頂尖（見圖5）使長軸受熱後可以自由伸長，提高加（jiā）工精度。同時在卡盤卡爪與細長軸之間墊入一（yī）個約3--5mm的開口鋼圈，減小卡爪與細長軸的軸向接觸長度，消除（chú）裝夾時（shí）的過定位，從而減小彎曲變形（見圖（tú）6）。

采用滾珠接觸的跟刀（dāo）架。生產中用跟刀架輔助支撐，以（yǐ）增加（jiā）工件剛性和穩定性。普（pǔ）通跟刀架兩爪支承，但由於工件本事的向下重力和工件（jiàn）校直不理想，車削（xuē）時瞬時離開（kāi）支承爪，接觸支承爪時就（jiù）產生振動，易形（xíng）成水波紋。最終選（xuǎn）擇用滾珠接觸的三爪跟刀架，使工件上下（xià）左右移動受限製，隻能繞軸線旋轉，減小車削振（zhèn）動和工件變形，而（ér）且滾（gǔn）珠接觸的跟刀架將（jiāng）滑動摩擦變為滾動摩（mó）擦，可減小摩擦阻力。

使用（yòng）跟刀架時注意（yì）：1、主軸轉速不能過（guò）高，給（gěi）支撐爪上潤滑（huá）油，防止過度磨損。2、各（gè）爪支撐力要調（diào）整（zhěng）合理，過鬆不能支撐，過緊影（yǐng）響工件形狀精度，容易出現竹節形兒影（yǐng）響加工質量。

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

（2）采用反向切削法車削細長軸。切削時車刀由卡盤向（xiàng）尾架方向進給，稱（chēng）為反向切削法（見圖7）。這時在加工中產生（shēng）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（xíng）。

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

（３）采用雙刀車（chē）削。雙刀車削（見圖８）是采用前後兩把車刀（dāo）同時進行車削。兩把車刀徑向相對，前刀正裝，後刀（dāo）反裝。車削時兩把刀產生的徑向切削力相互抵消，因此工件受力變形、振（zhèn）動都很小，加工的精度好。但需要改裝車床中滑板，增加後置刀架，所以（yǐ）成（chéng）本變高（gāo），隻適用於專業大（dà）批量生產。

（４）合（hé）理選擇切削用量（liàng）。切（qiē）削速度（ｖ）的選擇。圖９所示為（wéi）削速度（ｖ）的選擇。圖９所示為（wéi）關（guān）係（xì）曲線。

從圖９中可看出，車削時（shí）ｖ—般在３０￣７０ｍ／ｍｉｎ的速度（dù）範圍內，容易產生振動，此時（shí）相應的振幅值較大；高於或低於這（zhè）個範圍，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。

進給暈／的選（xuǎn）擇。在機床功率剛性許４情況下選大進給量。根據（jù）經（jīng）驗，粗車時取戶0.１５ｍｍ／ｒ，半（bàn）精車時／＝０．１ｍｍ／ｒ，精車（chē）戶０．０６ｍｍ／ｒ。

背吃刀量（切（qiē）削深度）的選擇（zé）。隨著切削深度的增大，車削時產生的切削力、切削熱隨之（zhī）增大，起細長軸的受力、受－熱變形（xíng）也增大，因此在細長軸加工時，應盡量減少切（qiē）削深度。根據

５）合理選擇刀具角度。刀具幾何角度中前角、主偏角和刃傾角對（duì）切削力的影響最大。前角ｙ。。前角（jiǎo）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形減小，通過試驗可知，當前

（６）細長軸螺紋的加工。細長軸螺紋（Ｍ１２以下）在機床上難（nán）以加工，通（tōng）常采取的方式是用

板牙直接套出（chū）來（見圖１０）。

加工時用普通板牙裝置套（tào）螺紋，發現容易產生半邊切削，造成牙尖損壞、質量差、效率（lǜ）低和廢（fèi）品率高的現（xiàn）象。現改（gǎi）裝普通板牙套如圖１０所示，以彌補存在（zài）的不足，提高細（xì）長軸螺紋的加工精度。

超長螺杆套絲夾具包括工裝超長螺杆套絲夾具包括工裝前麵有保證超長螺杆加工精度的圓（yuán）孔（圓孔主要起導向作用）和用來聯接圓孔的保持架，後麵有固定板牙圓套（tào），圓套上有兩個螺紋孔（一個用來聯接支（zhī）撐（chēng）杆，另一個用來旋轉緊固螺釘，使板（bǎn）牙固定在圓套上）。在（zài）加工超長螺杆時，將棒料一端夾緊，另一（yī）端（duān）放在定位圓（yuán）孔內（棒料直（zhí）徑比（bǐ）圓孔直徑小０．０５￣０．１５ｍｍ），棒料旋（xuán）轉，超長螺杆（gǎn）套絲夾具向前走，棒料經過超長螺杆套（tào）絲夾具（jù）內板牙（yá）的加工，可加工出高精度的超（chāo）長螺杆。

（７）材力架吊杆的車削方法。通過上述試驗分析，決定采用以下方法解決生產（chǎn）中出現的問題。

首（shǒu）先對機床進行了兩方麵的調（diào）整：①車床主軸的調整，車床主軸（zhóu）過鬆，很容易造成在（zài）車削過適當調緊，從而防止（zhǐ）機床跳（tiào）動（dòng）和竄動對（duì）零件加工的不（bú）利影響。②尾座的調整，如果（guǒ）尾座的中心線和主軸的中心線不在一（yī）條水平線上（shàng），產生同軸度誤差，車出的工件一定會出（chū）現錐度。

其次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（fǎ）可解決吊杆生產中出現的問題，使產品合格（見圖（tú）１１）。

加工工藝

３．結語

通過對車削加工中影響（xiǎng）細長軸加工（gōng）質（zhì）量因素進行分析，將剛性差、抗彎能力弱及受熱彎曲（qǔ）變形等問題，用調整機床的精度、改善裝（zhuāng）卡方式、正確刃磨（mó）刀具（jù）角度和選擇合理切（qiē）削用量等（děng）方法加（jiā）以（yǐ）解決，從而有效地提高細長軸的加工質量，確保（bǎo）其加工精度。

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